Technologische Prozesse, bei denen der Rebinder-Effekt genutzt wird. Äußere und innere Wirkung des Rebinders. Beispiele für den Rebinder-Effekt

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Staatliche Bildungseinrichtung für höhere Berufsbildung „Kasan State Technological University“

Abteilung für Physikalische und Kolloidchemie

REBINDER-EFFEKT

Abgeschlossen von: Student gr. 5271-1

Bobrovnik S.A.

Geprüft:

Tretyakova A.Ya.

Kasan 2010

REBINDER Petr Aleksandrovich (03.X.1898-12.VII.1972), sowjetischer physikalischer Chemiker, Akademiker der Akademie der Wissenschaften der UdSSR seit 1946 (korrespondierendes Mitglied seit 1933), geboren in St. Petersburg. Abschluss an der Fakultät für Physik und Mathematik der Moskauer Universität (1924). In den Jahren 1922-1932. arbeitete am Institut für Physik und Biophysik der Akademie der Wissenschaften der UdSSR und gleichzeitig (1923-1941) am nach ihm benannten Moskauer Staatlichen Pädagogischen Institut. K. Liebknecht (ab 1923 - Professor), ab 1935 - Leiter der Abteilung für disperse Systeme am Kolloid-Elektrochemischen Institut (ab 1945 - Institut für Physikalische Chemie) der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, ab 1942 - Leiter der Abteilung für Kolloidchemie an der Moskauer Universität.

Rehbinders Arbeiten widmen sich der physikalischen Chemie disperser Systeme und Oberflächenphänomenen. Im Jahr 1928 entdeckte der Wissenschaftler in den 1930er und 1940er Jahren das Phänomen einer Abnahme der Festigkeit von Feststoffen aufgrund des reversiblen physikalisch-chemischen Einflusses der Umgebung auf sie (Rehbinder-Effekt). Methoden entwickelt, um die Bearbeitung sehr harter und schwer zu schneidender Materialien zu erleichtern.

Er entdeckte den elektrokapillaren Effekt der Plastifizierung von Metalleinkristallen während des Kriechprozesses bei der Polarisation ihrer Oberfläche in Elektrolytlösungen, untersuchte die Eigenschaften wässriger Tensidlösungen, den Einfluss von Adsorptionsschichten auf die Eigenschaften disperser Systeme, identifizierte (1935). -1940) die Grundprinzipien der Bildung und Stabilisierung von Schäumen und Emulsionen sowie den Prozess der Phasenumkehr in Emulsionen.

Der Wissenschaftler fand heraus, dass die Reinigungswirkung einen komplexen Komplex kolloidchemischer Prozesse umfasst. Rebinder untersuchte die Prozesse der Bildung und Struktur von Mizellen von Tensiden und entwickelte Ideen über eine thermodynamisch stabile Seifenmizelle mit einem lyophoben Innenkern in einer lyophilen Umgebung. Der Wissenschaftler wählte und begründete die optimalen Parameter zur Charakterisierung der rheologischen Eigenschaften disperser Systeme und schlug Methoden zu deren Bestimmung vor.

1956 entdeckte der Wissenschaftler das Phänomen der Adsorptionsminderung der Festigkeit von Metallen unter dem Einfluss von Metallschmelzen. In den 1950er Jahren Wissenschaftler schufen ein neues Wissenschaftsgebiet – die physikalische und chemische Mechanik. Wie Rehbinder selbst schrieb: „Die ultimative Aufgabe der physikalisch-chemischen Mechanik besteht darin, die wissenschaftlichen Grundlagen zu entwickeln, um Festkörper und Systeme mit gegebenen Strukturen und mechanischen Eigenschaften zu erhalten.“ Die Aufgabe dieses Bereichs umfasst daher die Schaffung einer zielgerichteten Technologie zur Herstellung und Verarbeitung praktisch aller Bau- und Strukturmaterialien der modernen Technologie – Beton, Metalle und Legierungen, insbesondere hitzebeständige, Keramik und Metallkeramik, Gummi , Kunststoffe, Schmierstoffe.“

Seit 1958 war Rebinder Vorsitzender des Wissenschaftlichen Rates der Akademie der Wissenschaften der UdSSR für Probleme der physikalischen und chemischen Mechanik sowie der Kolloidchemie und dann (seit 1967) Vorsitzender des Nationalkomitees der UdSSR im Rahmen des Internationalen Komitees für Tenside. Von 1968 bis 1972 war er Chefredakteur des Colloid Journal. Der Wissenschaftler wurde mit zwei Lenin-Orden ausgezeichnet, trug den Titel Held der sozialistischen Arbeit (1968) und Träger des Staatspreises der UdSSR (1942).

Der Rehbinder-Effekt, der Adsorptionseffekt, verringert die Festigkeit von Feststoffen und erleichtert die Verformung und Zerstörung von Feststoffen aufgrund des reversiblen physikalisch-chemischen Einflusses der Umgebung. Entdeckt von P. A. Rebinder (1928) bei der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Calcit- und Steinsalzkristallen. Möglich, wenn ein fester Körper im gespannten Zustand mit einem flüssigen (oder gasförmigen) adsorptionsaktiven Medium in Kontakt kommt. Der Rebinder-Effekt ist sehr universell – er wird in festen Metallen, ionischen, kovalenten und molekularen mono- und polykristallinen Feststoffen, Gläsern und Polymeren, teilweise kristallisiert und amorph, porös und fest beobachtet. Die Hauptbedingung für die Manifestation des Rehbinder-Effekts ist die Verwandtschaft der Kontaktphasen (Festkörper und Medium) in chemischer Zusammensetzung und Struktur. Die Form und der Grad der Manifestation des Effekts hängen von der Intensität der interatomaren (intermolekularen) Wechselwirkungen der Kontaktphasen, der Größe und Art der Spannung (Zugspannung ist erforderlich), der Dehnungsrate und der Temperatur ab. Eine wesentliche Rolle spielt die tatsächliche Struktur des Körpers – das Vorhandensein von Versetzungen, Rissen, Fremdeinschlüssen etc. Eine charakteristische Erscheinungsform des Rehbinder-Effekts ist ein wiederholter Festigkeitsabfall, eine Zunahme der Zerbrechlichkeit des Festkörpers und eine Verringerung seiner Haltbarkeit. So verbiegt sich eine mit Quecksilber getränkte Zinkplatte unter Belastung nicht, sondern bricht spröde. Eine weitere Erscheinungsform ist die plastifizierende Wirkung der Umgebung auf feste Stoffe, zum Beispiel Wasser auf Gips, organische Tenside auf Metalle etc. Der thermodynamische Rehbinder-Effekt entsteht durch eine Abnahme der Oberflächenneubildungsarbeit bei der Verformung als ein Ergebnis einer Abnahme der freien Oberflächenenergie eines Festkörpers unter dem Einfluss der Umgebung. Die molekulare Natur des Effekts besteht darin, das Aufbrechen und Umlagern intermolekularer (interatomarer, ionischer) Bindungen in einem Festkörper in Gegenwart adsorptionsaktiver und gleichzeitig ausreichend beweglicher Fremdmoleküle (Atome, Ionen) zu erleichtern.

Die wichtigsten technischen Anwendungsgebiete sind die Erleichterung und Verbesserung der mechanischen Bearbeitung verschiedener (insbesondere sehr harter und schwer zerspanbarer) Werkstoffe, die Regulierung von Reibungs- und Verschleißvorgängen durch Schmierstoffe, die effektive Gewinnung von zerkleinerten (pulverförmigen) Werkstoffen sowie die Gewinnung von Feststoffen und Werkstoffen mit vorgegebener Festigkeit dispergierte Struktur und die erforderliche Kombination mechanischer und anderer Eigenschaften durch Disaggregation und anschließende Verdichtung ohne innere Spannungen. Eine adsorptionsaktive Umgebung kann auch erheblichen Schaden anrichten, indem sie beispielsweise die Festigkeit und Haltbarkeit von Maschinenteilen und Materialien unter Betriebsbedingungen verringert. Durch die Eliminierung von Faktoren, die in diesen Fällen zur Ausprägung des Rebinder-Effekts beitragen, ist es möglich, Materialien vor unerwünschten Umwelteinflüssen zu schützen.

Selbst die stärksten Körper weisen eine große Anzahl von Mängeln auf, die ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Belastungen schwächen und sie im Vergleich zur Theorie schwächer machen. Bei der mechanischen Zerstörung eines Festkörpers beginnt der Prozess an der Stelle, an der sich die Mikrodefekte befinden. Eine Erhöhung der Belastung führt zur Entstehung von Mikrorissen an der Defektstelle. Allerdings führt die Entlastung zur Wiederherstellung der ursprünglichen Struktur: Die Breite des Mikrorisses reicht oft nicht aus, um die Kräfte der intermolekularen (interatomaren) Wechselwirkung vollständig zu überwinden. Eine Verringerung der Belastung führt zum „Schrumpfen“ des Mikrorisses, die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung werden fast vollständig wiederhergestellt und der Riss verschwindet. Der Punkt ist auch, dass die Bildung eines Risses die Bildung einer neuen Oberfläche eines festen Körpers ist und ein solcher Prozess den Energieaufwand erfordert, der der Oberflächenspannungsenergie multipliziert mit der Fläche dieser Oberfläche entspricht. Eine Verringerung der Belastung führt zum „Schrumpfen“ von Rissen, da das System dazu neigt, die darin gespeicherte Energie zu reduzieren. Um einen Feststoff erfolgreich zu zerstören, ist es daher notwendig, die resultierende Oberfläche mit einer speziellen Substanz namens Tensid zu beschichten, die den Aufwand zur Überwindung molekularer Kräfte bei der Bildung einer neuen Oberfläche verringert. Tenside dringen in Mikrorisse ein, bedecken ihre Oberflächen mit einer nur ein Molekül dicken Schicht (was die Verwendung sehr geringer Mengen an Zusätzen dieser Stoffe ermöglicht) und verhindern so den „Kollaps“-Prozess und verhindern die Wiederaufnahme der molekularen Wechselwirkung.

Tenside erleichtern unter bestimmten Bedingungen das Mahlen von Feststoffen. Eine sehr feine Mahlung (bis zur Größe kolloidaler Partikel) von Feststoffen ist ohne den Zusatz von Tensiden in der Regel nicht zu erreichen.

Nun bleibt zu bedenken, dass die Zerstörung eines festen Körpers (d. h. die Bildung neuer Mikrorisse) genau an der Stelle beginnt, an der sich der Defekt in der Struktur dieses Körpers befindet. Darüber hinaus wird das zugesetzte Tensid auch überwiegend an den Defektstellen adsorbiert – und erleichtert so seine Adsorption an den Wänden künftiger Mikrorisse. Lassen Sie uns die Worte des Akademiemitglieds Rebinder zitieren: „Die Trennung eines Teils erfolgt genau an diesen Schwachstellen [Ort der Fehler], und daher enthalten die kleinen Partikel des Körpers, die beim Schleifen entstehen, diese gefährlichsten Fehler nicht mehr.“ Genauer gesagt wird die Wahrscheinlichkeit, auf eine gefährliche Schwachstelle zu stoßen, umso geringer, je kleiner diese ist.

Wenn wir durch das Mahlen eines echten Festkörpers jeglicher Art Partikel erreichen, deren Abmessungen ungefähr den Abständen zwischen den gefährlichsten Defekten entsprechen, dann enthalten diese Partikel mit ziemlicher Sicherheit keine gefährlichen Strukturfehler, sie werden viel stärker als große Proben desselben der Körper selbst. Folglich muss man einen Feststoff nur in ausreichend kleine Stücke zerkleinern, und diese Stücke von gleicher Beschaffenheit und gleicher Zusammensetzung sind am haltbarsten, fast ideal fest.“

Dann müssen diese homogenen, fehlerfreien Partikel zusammengefügt werden, daraus ein fester (hochfester) Körper der erforderlichen Größe und Form hergestellt werden, die Partikel müssen gezwungen werden, dicht zu packen und sich sehr fest miteinander zu verbinden. Das resultierende Maschinenteil oder Gebäudeteil muss vor dem Schleifen wesentlich fester sein als das Originalmaterial. Natürlich ist es nicht so stark wie ein einzelnes Teilchen, da an den Verschmelzungspunkten neue Defekte entstehen. Wenn der Prozess der Partikelkombination jedoch geschickt durchgeführt wird, wird die Festigkeit des ursprünglichen Materials übertroffen. Dafür müssen kleine Teilchen besonders dicht gepackt werden, damit zwischen ihnen wieder intermolekulare Wechselwirkungskräfte entstehen. Typischerweise geschieht dies durch Verdichten der Partikel durch Pressen und Erhitzen. Der durch Pressen gewonnene feinkörnige Zuschlagstoff wird erhitzt, ohne ihn zum Schmelzen zu bringen. Mit steigender Temperatur nimmt die Amplitude der thermischen Schwingungen der Moleküle (Atome) im Kristallgitter zu. An Berührungspunkten kommen sich die schwingenden Moleküle zweier benachbarter Teilchen näher und vermischen sich sogar. Die Adhäsionskräfte nehmen zu, die Partikel werden zusammengezogen, es entstehen nahezu keine Hohlräume oder Poren und Defekte an den Kontaktstellen verschwinden.

In einigen Fällen können die Partikel miteinander verklebt oder verlötet werden. In diesem Fall muss der Prozess so durchgeführt werden, dass die Leim- oder Lotschichten keine Mängel aufweisen.

Eine radikale Verbesserung des Mahlprozesses von Feststoffen, basierend auf der praktischen Anwendung des Rehbinder-Effekts, hat sich für viele Branchen als sehr nützlich erwiesen. Die technologischen Prozesse des Mahlens haben sich deutlich beschleunigt, während der Energieverbrauch spürbar gesunken ist. Die Feinmahlung hat es ermöglicht, viele technologische Prozesse bei niedrigeren Temperaturen und Drücken durchzuführen. Dadurch wurden höherwertige Materialien gewonnen: Beton, Keramik- und Metallkeramikprodukte, Farbstoffe, Bleistiftmassen, Pigmente, Füllstoffe und vieles mehr. Die mechanische Bearbeitung von feuerfesten und hitzebeständigen Stählen wird erleichtert.

Er selbst beschreibt die Methode zur Anwendung des Rebinder-Effekts so: „Bauteile aus Zementbeton können durch Verkleben mit Zement-Vibrokolloidkleber zuverlässig zu einer monolithischen Struktur verbunden werden... Ein solcher Kleber ist eine Mischung aus fein gemahlenem Zement (Teil von der durch fein gemahlenen Sand ersetzt werden kann) mit einer äußerst geringen Menge Wasser und Zugabe eines Tensids. Durch starke Vibration wird die Mischung beim Auftragen auf die Klebeflächen in Form einer dünnen Schicht verflüssigt. Nach schneller Aushärtung wird die Leimschicht zum stärksten Punkt der Struktur.“

Die Nutzung der Ideen von Akademiker Rehbinder zur Vereinfachung des Zerkleinerungsprozesses von Feststoffen ist von großer praktischer Bedeutung, beispielsweise für die Entwicklung einer Methode zur Reduzierung der Festigkeit von Mineralien, um die Effizienz des Bohrens in Hartgesteinen zu steigern.

Reduzierung der Festigkeit von Metallen unter dem Einfluss von Metallschmelzen. 1956 entdeckte Rehbinder das Phänomen des Festigkeitsabfalls von Metallen unter dem Einfluss von Metallschmelzen. Es hat sich gezeigt, dass die stärkste Abnahme der Oberflächenenergie eines Festkörpers (Metalls) auf nahezu Null durch geschmolzene Medien verursacht werden kann, die in ihrer molekularen Natur dem Festkörper nahe kommen. So wurde die Zugfestigkeit von Zinkeinkristallen um das Zehnfache verringert, indem auf ihre Oberfläche eine Schicht aus flüssigem Zinnmetall mit einer Dicke von 1 Mikrometer oder weniger aufgetragen wurde. Ähnliche Effekte werden bei feuerfesten und hitzebeständigen Legierungen unter dem Einfluss flüssiger niedrigschmelzender Metalle beobachtet.

Das entdeckte Phänomen erwies sich als sehr wichtig für die Verbesserung der Methoden der Metallumformung. Ohne den Einsatz von Gleitmittel ist dieser Vorgang nicht möglich. Bei Materialien neuer Technologie – feuerfeste und hitzebeständige Legierungen – wird die Verarbeitung durch den Einsatz aktiver Schmierstoffe, die dünne Oberflächenschichten des Metalls erweichen (was tatsächlich unter dem Einfluss geringer Mengen an Metallschmelzen geschieht), erheblich erleichtert. In diesem Fall scheint sich das Metall selbst zu schmieren – die schädliche übermäßige Verformung, die bei der Verarbeitung auftritt, die die sogenannte Härtung verursacht – eine Festigkeitssteigerung, die die Verarbeitung stört, wird beseitigt. Für die Bearbeitung von Metallen durch Druck bei normalen und erhöhten Temperaturen eröffnen sich neue Möglichkeiten: Die Qualität der Produkte steigt, der Verschleiß des Bearbeitungswerkzeugs und der Energieverbrauch für die Bearbeitung sinken.

Anstatt bei der Herstellung eines Produkts durch Schneiden teures Metall in Späne umzuwandeln, können Sie eine plastische Formänderung nutzen: Druckbearbeitung ohne Metallverlust. Gleichzeitig steigt auch die Qualität der Produkte.

Eine starke Abnahme der Festigkeit der Oberflächenschicht von Metallen spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Leistung von Reibeinheiten. Es entsteht ein automatisch wirkender Verschleißkontrollmechanismus: Bei zufälligen Unregelmäßigkeiten auf den Reibflächen (Grate, Kratzer usw.) entsteht an den Stellen ihrer Versetzung ein hoher lokaler Druck, der zu einem Oberflächenfluss von Metallen führt, der unter dem Einfluss adsorbierter Metalle erheblich erleichtert wird schmilzt (schmelzbenetztes Oberflächenmetall verliert an Festigkeit). Reibflächen können problemlos geschliffen oder poliert werden. Die eingeführte „Schmierung“ führt zu einem beschleunigten „Verschleiß“ der Unregelmäßigkeiten und die Einlaufgeschwindigkeit (Einlauf) der Maschinen erhöht sich.

Aktive Verunreinigungsschmelzen können als Modifikatoren des Kristallisationsprozesses verwendet werden. Durch die Adsorption an den Impfkristallen des freigesetzten Metalls verringern sie deren Wachstumsrate. Dadurch entsteht ein feinkörniges Metallgefüge mit höherer Festigkeit.

Es wurde ein Verfahren zum „Training“ von Metall in einem oberflächenaktiven Medium entwickelt. Das Metall wird regelmäßigen Oberflächeneinwirkungen ausgesetzt, die nicht zur Zerstörung führen. Aufgrund der Linderung plastischer Verformungen in den Oberflächenschichten scheint das Metall im Innenvolumen zu „kneten“ und das Kristallgitter der Körner wird zerstreut. Wird ein solcher Prozess bei einer Temperatur durchgeführt, die nahe der Temperatur liegt, bei der das Metall zu rekristallisieren beginnt, entsteht in einem oberflächenaktiven Medium eine feinkristalline Struktur mit einer viel höheren Härte. Und die Vermahlung von Metallen zu feinem Pulver ist ohne den Einsatz oberflächenaktiver Schmelzen nicht möglich. Anschließend werden aus diesem Pulver durch Heißpressen Produkte hergestellt (in voller Übereinstimmung mit dem oben beschriebenen Verfahren zur Aushärtung von Materialien aus Pulvern).

REBINDER-EFFEKT IN POLYMERN. Der herausragende sowjetische Physikochemiker Pjotr Aleksandrowitsch Rebinder versuchte als erster, die Zerstörungsarbeit eines Feststoffs zu beeinflussen. Es war Rebinder, der es schaffte zu verstehen, wie dies erreicht werden konnte. Bereits in den 20er Jahren des letzten Jahrhunderts nutzte er zu diesem Zweck sogenannte oberflächenaktive oder adsorptionsaktive Substanzen, die bereits bei geringen Konzentrationen in der Umgebung effektiv an der Oberfläche adsorbieren und die Oberfläche stark verkleinern können Spannung von Festkörpern. Moleküle dieser Substanzen greifen intermolekulare Bindungen an der Spitze eines wachsenden Bruchrisses an und schwächen diese, wenn sie an neu gebildeten Oberflächen adsorbiert werden. Durch die Auswahl spezieller Flüssigkeiten und deren Einbringung auf die Oberfläche eines zerstörbaren Festkörpers erreichte Rebinder eine deutliche Reduzierung der Brucharbeit unter Spannung (Abb. 1). Die Abbildung zeigt die Spannungs-Dehnungs-Kurven eines Zink-Einkristalls (einer etwa einen Millimeter dicken Platte) in Abwesenheit und Anwesenheit einer Tensidflüssigkeit. Der Zeitpunkt der Zerstörung ist in beiden Fällen durch Pfeile markiert. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Probe, wenn man sie einfach dehnt, bei mehr als 600 % Dehnung bricht. Wenn jedoch derselbe Vorgang durch Auftragen von flüssigem Zinn auf die Oberfläche durchgeführt wird, kommt es bereits bei einer Dehnung von ca. 10 % zur Zerstörung. Da es sich bei der Zerstörungsarbeit um die Fläche unter der Spannungs-Dehnungs-Kurve handelt, ist leicht zu erkennen, dass die Anwesenheit von Flüssigkeit die Arbeit nicht nur um ein Vielfaches, sondern um Größenordnungen verringert. Dieser Effekt wurde als Rehbinder-Effekt oder Adsorptionsabnahme der Festigkeit von Feststoffen bezeichnet.

Abb.1. Abhängigkeit der Spannung von der Verformung von Zinkeinkristallen bei 400 °C: 1 - nund in der Luft; 2 – in geschmolzenem Zinn

Der Rehbinder-Effekt ist ein universelles Phänomen; er wird bei der Zerstörung aller Feststoffe, einschließlich Polymeren, beobachtet. Allerdings bringt die Beschaffenheit des Objekts seine eigenen Eigenschaften in den Zerstörungsprozess ein, und Polymere bilden in diesem Sinne keine Ausnahme. Polymerfilme bestehen aus großen, ganzen Molekülen, die durch Van-der-Waals-Kräfte oder Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten werden, die deutlich schwächer sind als die kovalenten Bindungen innerhalb der Moleküle selbst. Daher behält ein Molekül, selbst wenn es Mitglied eines Kollektivs ist, gewisse Isolation und individuelle Eigenschaften. Das Hauptmerkmal von Polymeren ist die Kettenstruktur ihrer Makromoleküle, die ihre Flexibilität gewährleistet. Flexibilität von Molekülen, d.h. Ihre Fähigkeit, ihre Form (aufgrund der Verformung von Bindungswinkeln und Drehungen von Verbindungen) unter dem Einfluss äußerer mechanischer Beanspruchung und einer Reihe anderer Faktoren zu ändern, liegt allen charakteristischen Eigenschaften von Polymeren zugrunde. Erstens die Fähigkeit von Makromolekülen, sich gegenseitig zu orientieren. Allerdings ist zu beachten, dass Letzteres nur für lineare Polymere gilt. Es gibt eine Vielzahl von Substanzen mit hohem Molekulargewicht (z. B. Proteine und andere biologische Objekte), die jedoch nicht über die spezifischen Eigenschaften von Polymeren verfügen, da starke intramolekulare Wechselwirkungen die Biegung ihrer Makromoleküle verhindern. Darüber hinaus kann ein typischer Vertreter von Polymeren – Naturkautschuk – durch die „Vernetzung“ mit Hilfe spezieller Substanzen (Vulkanisationsprozess) in eine feste Substanz – Ebonit – umgewandelt werden, der keinerlei Anzeichen von Polymereigenschaften aufweist.

Bei Polymeren zeigt sich der Rehbinder-Effekt auf ganz einzigartige Weise. In einer adsorptionsaktiven Flüssigkeit wird die Entstehung und Entwicklung einer neuen Oberfläche nicht nur während der Zerstörung beobachtet, sondern viel früher – bereits während des Prozesses der Polymerverformung, der mit der Orientierung von Makromolekülen einhergeht.

Abb.2. Aussehen von Polyethylenterephthalat-Proben, die in Luft (a) und in einem adsorptionsaktiven Medium ( N-Propanol) (b).

Rebinder-Polymer-Metallfestigkeit

Abbildung 2 zeigt Bilder von zwei Lavsan-Proben, von denen eine in Luft und die andere in einer adsorptionsaktiven Flüssigkeit gestreckt wurde. Es ist deutlich zu erkennen, dass im ersten Fall ein Hals in der Probe auftritt. Im zweiten Fall verengt sich der Film nicht, sondern wird milchig weiß und nicht transparent. Die Gründe für die beobachtete Aufhellung werden bei der mikroskopischen Untersuchung deutlich.

Abb.3. Elektronenmikroskopische Aufnahme einer verformten Polyethylenterephthalat-Probenogo in n-Propanol. (Zoom 1000)

Anstelle eines monolithischen transparenten Halses bildet sich im Polymer eine einzigartige fibrillär-poröse Struktur, die aus fadenförmigen Aggregaten von Makromolekülen (Fibrillen) besteht, die durch Mikrohohlräume (Poren) getrennt sind. In diesem Fall wird die gegenseitige Ausrichtung der Makromoleküle nicht in einem monolithischen Hals, sondern innerhalb der Fibrillen erreicht. Da die Fibrillen räumlich getrennt sind, enthält eine solche Struktur eine Vielzahl von Mikrohohlräumen, die das Licht stark streuen und dem Polymer eine milchig-weiße Farbe verleihen. Die Poren sind mit Flüssigkeit gefüllt, so dass die heterogene Struktur auch nach Wegfall der Verformungsspannung erhalten bleibt. Die fibrillär-poröse Struktur entsteht in speziellen Zonen und nimmt mit der Verformung des Polymers ein zunehmendes Volumen ein. Die Analyse mikroskopischer Bilder ermöglichte die Feststellung der Merkmale struktureller Umlagerungen im Polymer, das der Haarrissbildung ausgesetzt war (Abb. 4).

Abb.4. Schematische Darstellung der einzelnen Stadien der Haarrissbildung im Polymer: I – Entstehung von Haarrissen, II – Wachstum von Haarrissen, III – Ausbreitung von Haarrissen.

Risse entstehen durch einen Defekt (Strukturinhomogenität), der auf der Oberfläche jedes echten Festkörpers reichlich vorhanden ist, und wachsen durch den gesamten Querschnitt des gestreckten Polymers in der Richtung senkrecht zur Zugspannungsachse, wobei ein konstanter und sehr kleiner Wert erhalten bleibt ( ~1 μm) Breite. In diesem Sinne ähneln sie echten Bruchrissen. Wenn die Verrücktheit jedoch den gesamten Querschnitt des Polymers „schneidet“, zerfällt die Probe nicht in einzelne Teile, sondern bleibt ein einziges Ganzes. Dies liegt daran, dass die gegenüberliegenden Kanten eines solchen eigentümlichen Risses durch die dünnsten Fäden aus orientiertem Polymer verbunden sind (Abb. 3). Die Abmessungen (Durchmesser) der Fibrillenformationen sowie der sie trennenden Mikrohohlräume betragen 1–10 nm.

Wenn die Fibrillen, die die gegenüberliegenden Wände der Risse verbinden, lang genug werden, beginnt der Prozess ihrer Verschmelzung (in diesem Fall nimmt die Oberfläche ab, Abb. 5). Mit anderen Worten: Das Polymer durchläuft einen besonderen Strukturübergang von einer lockeren Struktur zu einer kompakteren Struktur, die aus dicht gepackten Fibrillenaggregaten besteht, die in Richtung der Streckachse ausgerichtet sind.

Abb.5. Diagramm zur Veranschaulichung des Zusammenbruchs der Polymerstruktur, der bei großen Verformungswerten in einer adsorptionsaktiven Flüssigkeit auftritt, in verschiedenen Stadien der Dehnung

Es gibt eine Methode zur Trennung von Molekülen durch Adsorption aus Lösungen, die in Poren einer bestimmten Größe eindringen können (Molekularsiebeffekt). Da die Porengröße durch Veränderung des Polymerausdehnungsgrads im adsorptionsaktiven Medium (unter Ausnutzung des Rebinder-Effekts) leicht angepasst werden kann, ist eine selektive Adsorption leicht zu erreichen. Es ist wichtig zu beachten, dass es sich bei den in der Praxis verwendeten Adsorbentien in der Regel um eine Art Pulver oder Granulat handelt, das in verschiedene Arten von Behältern gefüllt wird (z. B. das Sorptionsmittel in derselben Gasmaske). Mithilfe des Rehbinder-Effekts ist es einfach, einen Film oder eine Faser mit durchgehend nanometrischer Porosität zu erhalten. Mit anderen Worten: Es eröffnet sich die Perspektive, einen Strukturwerkstoff zu schaffen, der optimale mechanische Eigenschaften aufweist und gleichzeitig ein wirksames Sorptionsmittel ist.

Unter Nutzung des Rebinder-Effekts ist es auf elementarer Weise (durch einfaches Strecken eines Polymerfilms in einem adsorptionsaktiven Medium) möglich, poröse Polymerfilme auf Basis nahezu aller synthetischen Polymere herzustellen. Die Porengrößen in solchen Filmen lassen sich durch Veränderung des Verformungsgrades des Polymers leicht anpassen, was die Herstellung von Trennmembranen zur Lösung verschiedenster praktischer Probleme ermöglicht.

Der Rehbinder-Effekt in Polymeren hat ein großes Anwendungspotenzial. Erstens ist es durch die einfache Extraktion eines Polymers in einer adsorptionsaktiven Flüssigkeit möglich, eine Vielzahl von Polymersorbentien, Trennmembranen und Polymerprodukten mit Querrelief zu erhalten, und zweitens bietet der Rehbinder-Effekt dem Prozesschemiker eine universelle, Kontinuierliches Verfahren zum Einbringen modifizierender Additive in Polymere.

Liste der verwendeten Materialien

1. www.rfbr.ru/pics/28304ref/file.pdf

2. www.chem.msu.su/rus/teaching/colloid/4.html

3. http://femto.com.ua/articles/part_2/3339.html

4. Große sowjetische Enzyklopädie. M.: Sowjetische Enzyklopädie, 1975, Bd. 21.

6. http://slovari.yandex.ru/dict/bse/article/00065/40400.htm

7. http://www.nanometer.ru/2009/09/07/rfbr_156711/PROP_FILE_files_1/rffi4.pdf

8. http://ru.wikipedia.org/wiki/Rebinder_Effect

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REBINDER-EFFEKT

Lassen Sie uns die Geschichte über die im Kristall lebenden Risse fortsetzen. Den ersten detaillierten Bericht über seine Entdeckung verfasste Pjotr Aleksandrowitsch Rebinder im Spätsommer 1928 auf einem Dampfschiff, das die Wolga hinunterfuhr – von Nischni Nowgorod nach Saratow. Die Delegierten reisten auf dem Schiff

VI. Allrussischer Physikerkongress und Gäste des Kongresses. Unter den Gästen waren die größten Physiker der Zeit: Max Born, Peter Debye, Charles Darwin, Paul Dirac und viele andere. Für die Geschichte der sowjetischen Physik war dies ein bedeutender Kongress, da auf diesem Kongress über drei große Errungenschaften der jungen sowjetischen Physik berichtet und diskutiert wurde: der Effekt der Raman-Streuung des Lichts (L. I. Mandelstam berichtete darüber) und die ersten Ergebnisse erhalten bei der Untersuchung von Kettenreaktionen (berichtet von N.N. Semenov) und dem Effekt der Adsorptionsreduzierung auf die Festigkeit (berichtet von P.A. Rebinder).

Der Bericht von P. A. Rebinder erregte Skepsis. Der Referent argumentierte, dass die mechanischen Eigenschaften eines kristallinen Körpers erheblich verändert werden können, wenn speziell ausgewählte Substanzen auf seine Oberfläche aufgetragen werden. Der Redner berichtete von Experimenten, die seinen Standpunkt bestätigten. Das sah alles mehr als seltsam aus, denn egal welche Substanz sich auf der Oberfläche befindet, nur die „Oberflächen“-Atome des Kristalls sind sich seiner Existenz bewusst, und von ihnen gibt es verschwindend wenige. Der relative Anteil der Oberflächenatome unter denen, die einen Draht mit einem Radius bilden, ist gleich

? = 2?Ra/?R 2 = 2a/ R ,

Wo A - interatomarer Abstand. Wenn R= 10 -1 cm, A = 3 . 10 -8 cm,

Das ? ? 10 -7, d.h. auf der Oberfläche eines solchen Drahtes befindet sich ein Zehnmillionstel aller Atome, aus denen er besteht. Sie können die Stärke einer massiven Probe nicht bestimmen, da offensichtlich die Atome im Volumen dafür verantwortlich sind! Erinnern wir uns: Ähnliche Überlegungen gab es im Zusammenhang mit dem Ioffe-Effekt.

Jahre vergingen, neue Fakten, Vermutungen und theoretische Schätzungen tauchten auf. Es stellte sich heraus, dass der Sprecher Recht hatte. Umfangreiche Erfahrungen auf Konferenzen und Seminaren lassen darauf schließen, dass die Referenten in der Regel recht haben. Nicht immer, aber am häufigsten. Sie dachten immer interessierter über das Thema des Berichts nach als ihre Zuhörer-Gegner.

Also – der Rehbinder-Effekt: Ein Kristall, dessen Oberfläche mit einem sogenannten Tensid beschichtet ist, weist mechanische Eigenschaften auf, die sich deutlich von den Eigenschaften desselben Kristalls unterscheiden, dessen Oberfläche sauber ist. Beispielsweise kann die Zugfestigkeit erheblich verringert sein und der Kristall kann eine erhöhte Brüchigkeit aufweisen.

Beeindruckend ist die klassische Erfahrung, die P. A. Rebinder in seinen Vorträgen gerne demonstrierte. Die Erfahrung ist einfach. Zunächst sollten Sie sicherstellen, dass sich eine dünne Zinkplatte unter dem Einfluss kleiner Kräfte leicht verbiegt und sich als plastisch herausstellt. Anschließend sollten Sie einen Teil der Kristalloberfläche reinigen und einen Tropfen Quecksilber darauf auftragen. Nach diesem Vorgang geht die Biegung des Kristalls mit der Entstehung eines Risses einher. Quecksilber dringt aktiv ein und der Riss entsteht schnell. Das Quecksilber auf der Oberfläche des duktilen Zinks machte es spröde. Ich habe diese Vortragsdemonstration von Pjotr Alexandrowitsch wiederholt gesehen. Bei den Vorführungen war er immer freudig aufgeregt und sein Verhalten hatte etwas von dem Verhalten eines Schuljungen, der seine Freunde mit einem spektakulären Trick überrascht.

Dieser große, grauhaarige Mann zeichnete sich durch einen kindlichen Charakter aus. Als Teile einer zerbrechlichen Zinkplatte in seinen Händen waren, blickte er sich triumphierend im Publikum um und sagte: „Keine Taschenspielertricks!“

Die Prozesse, die die Manifestation des Rehbinder-Effekts in der im beschriebenen Experiment beobachteten Form begleiten, sind nicht sehr einfach. Sie hängen von den physikalischen Eigenschaften sowohl des Kristalls als auch der auf seiner Oberfläche abgelagerten Substanz ab.

Versuchen wir, die Physik des Effekts zu verstehen und dabei den Kristall im Auge zu behalten A , auf dessen Oberfläche sich etwas Tensid befindet IN. Es kann sich herausstellen (und dies geschieht in einer Vielzahl von Kombinationen). A Und IN ) diese Art von Atomen IN vorteilhafterweise zwischen den Atomen der Sorte angeordnet A , Keil zwischen ihnen. Dieser Prozess kann dadurch unterstützt werden, dass Zugkräfte auf den Kristall ausgeübt werden, wodurch die Bindung geschwächt wird A -A . Wenn die Einführung von Atomen dieser Art IN in Kristall A passiert, Verbindungen wie A -IN . Hier sind die Verbindungen A-B Möglicherweise handelt es sich um deutlich schwächere Verbindungen A-A , und dies kann die verringerte Kristallfestigkeit bestimmen.

Dem Gesagten muss folgendes hinzugefügt werden. Die Hauptereignisse, die mit einem Bruch einhergehen, ereignen sich in der Regel an der Mündung eines entstehenden Risses, zu dem Atome dieser Art Zeit haben müssen, aus der Beschichtungsschicht zu gelangen IN . Sie können entweder durch den Prozess der Diffusion entlang der Oberfläche oder durch den Prozess der Ausbreitung der Substanz zugeführt werden IN entlang der Oberfläche eines im Kristall entstehenden Risses A .

Bei jedem Mechanismus müssen diese Lieferungen schnell genug erfolgen, damit an der Mündung des Risses Atome vom Typ B vorhanden sind, die versuchen, in den Kristall L einzudringen. An dieser Stelle ist zu beachten, dass der Rehbinder-Effekt viele Merkmale beider Ioffe aufweist Effekt und der Griffiths-Effekt. Sie hängen durch die Besonderheiten des Rissbildungsprozesses unter Spannungseinfluss zusammen.

Hier ist ein weiteres Experiment, das eine weitere Manifestation des Rehbinder-Effekts veranschaulicht. Ein wenig geschmolzenes Gallium wird in ein hohes Becherglas gegossen und auf dessen Boden eine dünne polykristalline Zinkplatte gelegt. Anschließend wird das Glas mit einer speziellen Lösung gefüllt, die die Zinkoberfläche reinigt. Dann passiert Folgendes. Gallium beginnt entlang der Zinkoberfläche zu kriechen. Dies ist deutlich sichtbar, da sich auf dem Zink ein beweglicher Mattfleck bildet. Die mit Gallium beschichtete Zinkplatte beginnt sich am Boden des Glases abzusetzen und sich zu einer Ziehharmonika zu falten oder zu einer Rolle zu rollen. Spontan, nur unter dem Einfluss des eigenen Gewichts!

Gallium, das in die Grenzen zwischen den Körnern einer polykristallinen Zinkplatte eindringt, schwächt diese und die Körner können sich leicht gegenseitig verdrängen. Genau das sehen wir, wenn wir beobachten, wie sich eine Zinkplatte sanft in einem Glas Gallium ablagert.

Im ersten Experiment - abnormale Zerbrechlichkeit, im zweiten - abnormale Plastizität. Man könnte Beispiele für eine starke Abnahme der Härte von Gesteins- und Metallkristallen, ihren Erwerb der Fähigkeit, sich leicht in Pulver zu verwandeln, und viele andere Beispiele für Veränderungen der mechanischen Eigenschaften kristalliner Körper unter dem Einfluss von Tensiden nennen.

Der Leser, auch wenn er nicht besonders fantasievoll ist, kann sich leicht vorstellen, welche enorme Rolle der Rehbinder-Effekt in der Natur und in vielen technischen Prozessen spielt. Lassen Sie mich dem Leser helfen: In Gegenwart von Tensiden ist es einfacher, mit einem Cutter zu verarbeiten, einfacher zu prägen, einfacher in Steine zu bohren, einfacher, den Kristall zu Pulver zu mahlen ...

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Rebinder-Effekt

Der Effekt der Adsorption verringert die Festigkeit von Feststoffen und erleichtert die Verformung und Zerstörung von Feststoffen aufgrund des reversiblen physikalisch-chemischen Einflusses der Umgebung. Entdeckt von P. A. Rebinder (1928) bei der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Calcit- und Steinsalzkristallen. Möglich, wenn ein fester Körper im gespannten Zustand mit einem flüssigen (oder gasförmigen) adsorptionsaktiven Medium in Kontakt kommt. Re. sehr universell – beobachtet in festen Metallen, ionischen, kovalenten und molekularen mono- und polykristallinen Feststoffen, Gläsern und Polymeren, teilweise kristallisiert und amorph, porös und fest. Die Hauptbedingung für die Manifestation von R. e. - verwandte Natur der Kontaktphasen (fester Körper und Medium) in chemischer Zusammensetzung und Struktur. auch Physikalisch-Chemische Mechanik). Eine adsorptionsaktive Umgebung kann auch erheblichen Schaden anrichten, indem sie beispielsweise die Festigkeit und Haltbarkeit von Maschinenteilen und Materialien unter Betriebsbedingungen verringert. Durch die Eliminierung von Faktoren, die in diesen Fällen zur Entstehung von Rötungen beitragen, ist es möglich, Materialien vor unerwünschten Umwelteinflüssen zu schützen.

Wörtlich: Goryunov Yu. V., Pertsov N. V., Summ B. D., Rebinder-Effekt, M., 1966; Rebinder P.A., Shchukin E.D., Oberflächenphänomene in Festkörpern in den Prozessen ihrer Verformung und Zerstörung, „Uspekhi Fizicheskikh Nauk“, 1972, V. 108, V. 1, S. 3.

L. A. Scheiße.

Große sowjetische Enzyklopädie. - M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1969-1978 .

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Reduzierung der Festigkeit von Feststoffen in adsorptionsaktiven Medien (Tensidlösungen, Elektrolyte, Salzschmelzen etc.). 1928 von P. A. Rebinder eröffnet. Wird verwendet, um die Effizienz beim Dispergieren, Mahlen usw. zu steigern. Großes enzyklopädisches Wörterbuch

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Reduzierung der Festigkeit von Feststoffen in adsorptionsaktiven Medien (Tensidlösungen, Elektrolyte, Salzschmelzen etc.). 1928 von P. A. Rebinder entdeckt. Wird verwendet, um die Effizienz beim Dispergieren, Mahlen, Schneiden und Verarbeiten von Materialien zu verbessern ... Enzyklopädisches Wörterbuch

Der Rehbinder-Effekt (Abnahme der Festigkeit durch Adsorption), eine Änderung der mechanischen Eigenschaften von Festkörpern aufgrund physikalisch-chemischer Prozesse, die zu einer Abnahme der Oberflächenenergie (Interphasenenergie) des Körpers führen. Äußert sich in einem Kraftverlust und... ... Wikipedia

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Hall-Effekt- das Auftreten eines transversalen elektrischen Feldes und einer Potentialdifferenz in einem Metall oder Halbleiter, durch das ein elektrischer Strom fließt, wenn es in ein Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung gebracht wird. Geöffnet für Amerikaner... ...

Mössbauer-Effekt- resonante Absorption von γ-Quanten durch Atomkerne, die beobachtet wird, wenn die Quelle und der Absorber der γ-Strahlung ein fester Körper ist und die Energie der Quanten niedrig ist (150 keV). Manchmal wird der M-Effekt als Resonanz, Absorption ohne Rückstoß oder nuklear bezeichnet ... Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie

Seebeck-Effekt- das Phänomen des Auftretens einer elektromotorischen Kraft in einem Stromkreis, der aus verschiedenen Leitern besteht, deren Kontakte unterschiedliche Temperaturen haben; 1821 vom deutschen Physiker T. Seebeck entdeckt. Elektromotorische Kraft,... ... Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie

Bauschinger-Effekt- eine Abnahme des Widerstands eines Metalls oder einer Legierung gegenüber kleinen plastischen Verformungen (z. B. während der Kompression) nach einer Vorverformung mit entgegengesetztem Vorzeichen ( während der Spannung). Einkristalle aus reinen Metallen haben den Bauschinger-Effekt... ... Enzyklopädisches Wörterbuch der Metallurgie

Bücher

Die Rolle von Oberflächenphänomenen im strukturellen und mechanischen Verhalten fester Polymere, A. L. Volynsky, N. F. Bakeev. Das Buch skizziert moderne Vorstellungen über die Rolle von Oberflächenphänomenen im strukturellen und mechanischen Verhalten amorpher und kristalliner Polymere. Dabei werden Entwicklungs- und Heilungsprozesse berücksichtigt...

Im Gegensatz zum betrachteten Fall „Gas – Feststoff“ wird die Adsorption von Flüssigkeiten durch das Vorhandensein einer dritten Komponente – eines Lösungsmittels, dessen Moleküle ebenfalls an der Oberfläche des Adsorptionsmittels adsorbiert werden können und daher Konkurrenten des Adsorptionsmittels sind – erheblich erschwert Adsorbatmoleküle. Bei einer solchen Adsorption handelt es sich also immer um eine Adsorption aus einem Gemisch. Darüber hinaus wird die Adsorption an der Grenzfläche zwischen fester Lösung immer durch die Wechselwirkung von Adsorbensmolekülen mit Molekülen des Mediums erschwert. Bei der Betrachtung der Adsorption aus einer Lösung an einem Feststoff wird üblicherweise zwischen zwei Fällen unterschieden.

Adsorption von Nichtelektrolyten oder molekulare Adsorption.

Adsorption von Elektrolyten.

Die Abhängigkeit der molekularen Gleichgewichtsadsorption von einer Lösung an einen Feststoff wird durch die übliche Adsorptionsisotherme charakterisiert und für ausreichend verdünnte Lösungen durch die empirische Gleichung gut beschrieben Freundlich-Langmuir-Liebig. Die Verwendung der Langmuir- und Gibbs-Gleichungen ist aufgrund der Schwierigkeit, die Oberflächenspannung zu bestimmen, schwierig.

Bei der Adsorption aus einer Lösung stehen die Moleküle des Adsorbats und des Mediums in Konkurrenz zueinander. Und je schlechter das Medium adsorbiert wird, desto besser wird das Adsorbat adsorbiert. Aufgrund der Tatsache, dass die Oberflächenspannung eines Tensids niedrig ist, können wir davon ausgehen, dass seine Moleküle umso weniger adsorptionsfähig sind, je höher die Oberflächenspannung des Mediums selbst ist. Daher ist die Adsorption an einem Feststoff in der Regel bei wässrigen Lösungen besser und bei Lösungen organischer Substanzen mit relativ niedriger Oberflächenspannung schlechter. Bei der Adsorption kommt es ebenfalls vor Traubes Regel: Mit einer Vergrößerung der Adsorbatkette in der homologen Reihe geht die kompetitive Adsorption in Richtung des Adsorbats mit höherem Molekulargewicht.

Wenn die Länge der Adsorbatmoleküle über einen bestimmten kritischen Wert hinaus zunimmt, da das Adsorbatmolekül nicht in die Poren eindringen kann, nimmt die Adsorption mit zunehmendem Molekulargewicht des Adsorbats ab.

Polaritätsausrichtungsregel von Rebinder : Ein Stoff kann an der Grenzfläche zwischen Phasen adsorbiert werden, wenn seine Adsorption zu einem Ausgleich der Polaritäten dieser Phasen führt, d. h. dieser Stoff sollte hinsichtlich der Polarität eine Zwischenstellung zwischen den Stoffen einnehmen, aus denen diese Phasen bestehen.

Wenn es notwendig ist, eine Komponente aus der flüssigen Phase zu adsorbieren, ist es notwendig, dass sich die Polarität des Adsorbens und der Lösung stark voneinander unterscheiden. Je weniger löslich ein Stoff in einem Lösungsmittel ist, desto besser wird er adsorbiert.

Das Kriterium für die Eignung eines Lösungsmittels als Adsorptionsmedium ist die Benetzungswärme des Adsorbens durch dieses Lösungsmittel. Der Polaritätsunterschied an der zweiten Schnittstelle ist daher immer geringer als an der ersten E 1 > E 2 Und Q>0 . Je mehr Q, desto intensiver ist die Wechselwirkung des Lösungsmittels mit dem Adsorbens und desto schlechter ist daher das Adsorptionsmedium.

Kapitel 2.4 Haftung. Zusammenhalt. Benetzung und Ausbreitung von Flüssigkeit

Thema 2.4.1. Das Konzept von Kohäsion und Adhäsion. Benetzung und Ausbreitung. Adhäsions- und Kohäsionsarbeit. Dupre-Gleichung. Kontaktwinkel. Youngsches Gesetz. Hydrophobe und hydrophile Oberflächen

In heterogenen Systemen werden intermolekulare Wechselwirkungen innerhalb und zwischen Phasen unterschieden.

Zusammenhalt - Anziehung von Atomen und Molekülen innerhalb einer separaten Phase. Sie bestimmt die Existenz eines Stoffes im kondensierten Zustand und kann durch intermolekulare und interatomare Kräfte verursacht werden. Konzept Haftung, Benetzung Und Verbreitung beziehen sich auf Grenzflächeninteraktionen.

Haftung sorgt aufgrund physikalischer und chemischer zwischenmolekularer Kräfte für eine Verbindung bestimmter Stärke zwischen zwei Körpern. Betrachten wir die Merkmale des Kohäsionsprozesses. Arbeit Zusammenhalt wird durch den Energieverbrauch für den reversiblen Bruchvorgang eines Körpers über einen Querschnitt gleich einer Flächeneinheit bestimmt: W k =2  , Wo W k- Zusammenhaltsarbeit; - Oberflächenspannung

Da sich beim Bruch eine Oberfläche in zwei parallelen Bereichen bildet, erscheint in der Gleichung ein Kohäsionskoeffizient von 2, der die intermolekulare Wechselwirkung innerhalb einer homogenen Phase widerspiegelt und durch Parameter wie die Energie des Kristallgitters, den Innendruck und die Flüchtigkeit charakterisiert werden kann und Siedepunkt. Adhäsion ist das Ergebnis des Wunsches des Systems, die Oberflächenenergie zu reduzieren. Die Adhäsionsarbeit ist durch die Arbeit des reversiblen Aufbrechens der Klebeverbindung pro Flächeneinheit gekennzeichnet. Sie wird in den gleichen Einheiten wie die Oberflächenspannung gemessen. Die gesamte Adhäsionsarbeit bezogen auf die gesamte Kontaktfläche der Körper: W S = W A S

Haftung - Arbeit an der Brechung der Adsorptionskräfte durch Bildung einer neuen Oberfläche von 1 m 2 .

Um den Zusammenhang zwischen der Adhäsionsarbeit und der Oberflächenspannung der interagierenden Komponenten zu erhalten, stellen wir uns zwei kondensierte Phasen 2 und 3 vor, deren Oberfläche an der Grenze zur Luft 1 einer Flächeneinheit entspricht (Abb. 2.4.1.1).

Wir gehen davon aus, dass die Phasen gegenseitig unlöslich sind. Bei der Kombination dieser Flächen, d.h. Wenn eine Substanz auf eine andere aufgetragen wird, tritt das Phänomen der Adhäsion auf, weil Das System ist zweiphasig geworden, dann tritt Grenzflächenspannung auf  23. Dadurch wird die anfängliche Gibbs-Energie des Systems um einen Betrag reduziert, der der Adhäsionsarbeit entspricht:

G + W A =0, W A = - G.

Änderung der Gibbs-Energie des Systems während des Adhäsionsprozesses:

;

G Anfang . =  31 +  21 ;

G con =  23;

- Dupre-Gleichung.

Es spiegelt den Energieerhaltungssatz während der Adhäsion wider. Daraus folgt, dass die Adhäsionsarbeit umso größer ist, je größer die Oberflächenspannung der Ausgangskomponenten und je niedriger die endgültige Grenzflächenspannung ist.

Die Grenzflächenspannung wird 0, wenn die Grenzflächenoberfläche verschwindet, was eintritt, wenn die Phasen vollständig aufgelöst sind

In Anbetracht dessen W k =2  und die rechte Seite mit dem Bruch multiplizieren , wir bekommen:

Wo W k 2, W k 3 - Kohäsionsarbeit der Phasen 2 und 3.

Die Auflösungsbedingung besteht also darin, dass die Adhäsionsarbeit zwischen interagierenden Körpern gleich oder größer als der Durchschnittswert der Summe der Kohäsionsarbeiten sein muss. Von der Kohäsionsarbeit ist die Adhäsionskraft zu unterscheiden. W N .

W N – Arbeitsaufwand zum Lösen einer Klebeverbindung. Diese Größe unterscheidet sich dadurch, dass sie die Arbeit zum Aufbrechen intermolekularer Bindungen umfasst W A, und die Arbeit, die für die Verformung der Komponenten der Klebeverbindung aufgewendet wird W def :

W N = W A + W def .

Je stärker die Klebeverbindung ist, desto größer ist die Verformung der Systemkomponenten bei deren Zerstörung. Die Verformungsarbeit kann die reversible Adhäsionsarbeit um ein Vielfaches übersteigen.

Benetzung - ein Oberflächenphänomen, das aus der Wechselwirkung einer Flüssigkeit mit einem festen oder anderen flüssigen Körper bei gleichzeitigem Kontakt von drei nicht mischbaren Phasen besteht, von denen eine normalerweise ein Gas ist.

Der Grad der Benetzbarkeit wird durch den dimensionslosen Wert des Kosinus des Kontaktwinkels oder einfach des Kontaktwinkels charakterisiert. Bei Anwesenheit eines Flüssigkeitstropfens auf der Oberfläche einer flüssigen oder festen Phase werden zwei Prozesse beobachtet, sofern die Phasen gegenseitig unlöslich sind.

In Abb. 2.4.1.2 zeigt einen Tropfen auf der Oberfläche eines Festkörpers unter Gleichgewichtsbedingungen. Die tendenziell abnehmende Oberflächenenergie eines Festkörpers streckt den Tropfen über die Oberfläche und beträgt  31. Die Grenzflächenenergie an der Fest-Flüssigkeits-Grenzfläche hat die Tendenz, den Tropfen zu komprimieren, d. h. Die Oberflächenenergie wird durch die Verringerung der Oberfläche verringert. Die Ausbreitung wird durch im Inneren des Tropfens wirkende Kohäsionskräfte verhindert. Die Wirkung der Kohäsionskräfte ist von der Grenze zwischen flüssiger, fester und gasförmiger Phase tangential zur Kugeloberfläche des Tropfens gerichtet und beträgt  21. Der Winkel  (Tetta), der durch die Tangente an die die Benetzungsflüssigkeit begrenzenden Grenzflächenflächen gebildet wird, hat einen Scheitelpunkt an der Grenzfläche zwischen drei Phasen und wird aufgerufen Benetzbarkeitskontaktwinkel . Im Gleichgewicht stellt sich die folgende Beziehung ein

- Youngsches Gesetz.

Dies impliziert ein quantitatives Merkmal der Benetzung als Kosinus des Kontaktwinkels
. Je kleiner der Kontaktwinkel und dementsprechend größer der cos  ist, desto besser ist die Benetzung.

Ist cos  > 0, dann ist die Oberfläche von dieser Flüssigkeit gut benetzt, wenn cos < 0, то жидкость плохо смачивает это тело (кварц – вода – воздух: угол  = 0; «тефлон – вода – воздух»: угол  = 108 0). С точки зрения смачиваемости различают гидрофильные и гидрофобные поверхности.

Wenn 0< угол <90, то поверхность гидрофильная, если краевой угол смачиваемости >90, dann ist die Oberfläche hydrophob. Eine praktische Formel zur Berechnung der Adhäsionsarbeit erhält man durch Kombination der Dupre-Formel und des Young’schen Gesetzes:

;

- Dupre-Young-Gleichung.

Aus dieser Gleichung können wir den Unterschied zwischen den Phänomenen Adhäsion und Benetzbarkeit erkennen. Wenn wir beide Seiten durch 2 dividieren, erhalten wir

Da die Benetzung quantitativ durch cos  charakterisiert wird, wird sie gemäß der Gleichung durch das Verhältnis der Adhäsionsarbeit zur Kohäsionsarbeit für die benetzende Flüssigkeit bestimmt. Der Unterschied zwischen Adhäsion und Benetzung besteht darin, dass Benetzung auftritt, wenn drei Phasen in Kontakt sind. Aus der letzten Gleichung können wir folgende Schlussfolgerungen ziehen:

1. Wann  = 0 cos  = 1, W A = W k .

2. Wann  = 90 0 cos  = 0, W A = W k /2 .

3. Wann  =180 0 cos  = -1, W A =0 .

Die letzte Beziehung ist nicht implementiert.

Einfluss von Gleitgeschwindigkeit und Oberflächenrauheit auf die Grenzreibung

Einfluss von Temperatur und Normallast auf die Grenzreibung

Bei der Adsorption von Tensiden nimmt die freie Energie des Feststoffs ab. Dadurch wird der Widerstand der Oberflächenschicht des Festkörpers gegenüber plastischer Verformung verringert, was das plastische Fließen in den Körnern und die Freisetzung von Versetzungen an die Oberfläche erleichtert. Die oberste Metallschicht kann eine geringere Mikrohärte als die darunter liegenden, mit Versetzungen gesättigten Schichten sowie eine niedrigere Streckgrenze und einen geringeren Verfestigungskoeffizienten aufweisen. Die Oberflächenschicht des in Gegenwart eines Tensids verformten Metalls weist eine feinere Kornstruktur auf. Dieses Phänomen wird Adsorptionsplastifizierung von Feststoffen genannt externe Rebinder-Wirkung. Der Effekt wird beispielsweise erzielt, wenn der Draht in Gegenwart eines Tensids durch eine Matrize mit kleinerem Durchmesser gezogen wird. Unter diesen Bedingungen ist eine dünnere Oberflächenschicht an der Verformung beteiligt und die Zugkraft ist viel geringer. Die Dicke der plastifizierten Schicht beträgt etwa 0,1 Mikrometer. Im Gegensatz zur chemischen Modifikation besteht die Besonderheit des Rehbinder-Effekts darin, dass er sich unter der kombinierten Wirkung eines Mediums (Tensids) und mechanischer Beanspruchung manifestiert und auch darin besteht, dass beim Entfernen des Tensids das Phänomen der Plastifizierung der Oberflächenschicht verschwindet .

Interne Rebinderwirkung (Adsorptionsförderer) wird durch die Adsorption von Molekülen an den Oberflächen von Rissen realisiert, die in der Oberflächenschicht des Reibkörpers auftreten. Wenn die aktiven Zentren von Molekülen einen Bereich erreichen, dessen Größe weniger als zwei Molekülgrößen beträgt, neigen letztere dazu, ihn zu verkeilen, da sie von den Wänden des Risses angezogen werden und dem Druck benachbarter Moleküle ausgesetzt sind. In diesem Fall kann der Druck auf die Wände an der Rissspitze 10 MPa erreichen und dessen Entstehung auslösen. Dieses Phänomen trägt zur Zerstörung der Oberflächenschicht bei. Es manifestiert sich beim Schneiden von Metallen in Gegenwart von Tensiden, die in der Schneidflüssigkeit enthalten sind. Die Keilwirkung adsorbierter Moleküle verhindert ein Schließen des Risses nach Entlastung, sofern die Wechselwirkungskräfte an seiner Spitze nicht ausreichen, um die Moleküle der Adsorptions- und Grenzschicht zu verdrängen. In diesem Fall nimmt die Widerstandsfähigkeit des Materials gegen Ermüdungsbruch ab.