Kavitasjon i lim

Den kavitasjon beskriver økning av gass- og dampbobler i et materiale som utsettes for et vakuum. I lim forårsaker veksten av hulrom stor deformasjon av materialet, som forsvinner mekanisk energi. Det er til og med en viktig komponent i energien som trengs for å overvinne vedheftet, kalt vedheftens energi .

Opprinnelse til depresjon

I et lim kommer vakuumet som forårsaker kavitasjon fra kraften du trekker for å bryte vedheftet. Mer presist, i to klassiske adhesjonstester:

Kavitasjonsforløp

Kavitasjonsforløpet i lim er direkte relatert til kraftresponsen i en sonde-klebrig test , som ble vist i 1999.

Opprinnelsen til de første hulrommene

Hulrommene som utvikler seg i klebemidlet under spenning, oppstår fra kavitasjonsbakterier: dette er heterogen kavitasjon (uten dette ville kavitasjonsterskelene være mye høyere). Det er akseptert at det sannsynligvis er to typer bakterier i lim:

Utbrudd av kavitasjon og innledende boblevekst

Siden de opprinnelige små boblene (bakteriene) er små, må omgivelsene når en betydelig depresjon før de begynner å vokse: dette er kavitasjonsterskelen . Så lenge veksten ikke har startet, har de svært liten effekt på den samlede mekaniske responsen til limfilmen: dens opprinnelige styrke forblir den for en elastisk film begrenset under spenning.

På den annen side, når kavitasjonsterskelen er overskredet, vokser bakteriene i form av hulrom. De er raskt mye mer omfattende enn de opprinnelige bakteriene (den typiske størrelsen er i størrelsesorden µm). De er derfor sfæriske så lenge de ikke nærmer seg veggene. Deretter vokser de lateralt og blir bredere enn tykke.

Når det totale volumet av hulrommene blir sammenlignbart med det for klebefilmen, øker de dets effektive volum betydelig, og forårsaker dermed depresjonslindring. Dette fenomenet gir derfor anledning til å stoppe veksten av strekkraften som utøves på dette området av limet, så vel som en forskyvning av veggene. Dette er hovedopprinnelsen til krafttoppen som er registrert under en sonde-kløft-test .

Utseende av vegger

Når hulrommene vokser lateralt, kommer kanten til slutt nær nabohulrommene. Tilsvarende faller trykkgradientene og lateral vekst avtar. Materialet som blir liggende mellom nabohulen, tynner og danner til slutt ekte vegger (synlig sett ovenfra i animasjonen øverst på siden).

Når veggene fortsetter å bevege seg fra hverandre, utvides hulrommene vertikalt. Når veggene allerede er dannet, er det derfor et ekte todimensjonalt skum som dannes og som strekkes vertikalt, slik Lakrout og Creton viste i 1999.

Tilsvarende observeres et stressplatå i opptaket av en probe-tack test .

Suge kopp effekt

Hulrommene er ikke koblet til uteluften. Siden limet ikke er flyktig, har hulrommene et trykk som er mye lavere enn atmosfæretrykket så snart de har vokst betydelig sammenlignet med deres opprinnelige dimensjon (som frø). Derfor bidrar det ytre atmosfæretrykket til kraften som det er nødvendig å trekke for å frigjøre limet. Det er sugekoppeffekten .

Åpning av hulrom

I lim faller kraften plutselig på slutten av stressplatået, og det høres en liten lyd. I tilfelle av en veldig tyktflytende væske (se illustrasjoner overfor), observeres åpningen av hulrommene, en støy og fallet i strekkraften samtidig. Denne serien av eksperimenter etablerer således tolkningen av sugeeffekten i veldig tyktflytende væsker og antyder at lignende fenomener i lim også skyldes sugeeffekt og en endelig åpning av hulrommene. Når det gjelder lim, skyldes ikke denne endelige åpningen nødvendigvis en digitalisering siden limene flyter vanskeligere.

Merknader og referanser

  1. H. Lakrout, C. Creton, J. of Adhesion 69, 307 (1999), http://www.espci.fr/usr/creton/
  2. C. Gay, L. Leibler, Phys. Rev. Lett., 82 (1999) 936-939
  3. S. Poivet et al. Europhys. Lett., 62 (2) (2003) 244-250
  4. S. Poivet et al. , Eur. Phys. J. E 15 (2004) 97-116