Hadde ikke stoffer hatt en underlig kraft som holder dem sammen hadde ikke noe stoff vært fast eller flytende, alt hadde vært gass. Vi også … Det er overflateenergi som gjør ting faste, og som lar oss lime saker.
Bildet øverst: I økede grad limes bilkarosserier (med robot) da liming gir sterkere, jevnere og tettere fuge med god spenningsfordeling, og fordi liming ikke varmepåvirker materialene. Men liming krever perfekt kontroll med overflateenergien i det som limes – og med limet. (Foto: BMW)
Av Stein Bekkevold
Materialtekniske forskere ved RAFs forskningssenter på Farnborough vest for London begynte i 1925 å studere ulike stoffers overflateenergi (G) – fenomenet som lager væskedråper – og alle faste stoffer. Fysikken er komplisert, men la oss forklare, for å forstå litt mer om liming: Vi kan nemlig bare lime noe om limet og det som skal limes har lik G …
Youngs modul
Vi skjønner jo at om noe limt skal sitte godt sammen, må vi ha høy fugestyrke, fasthet. Alt har en fasthet – molekylene holder hverandre kjemisk fast. Atomene skaper molekylene – og atomkjerne og elektronsky holdes sammen elektrisk.
Og energien G – overflate-krefter som holder alt dette sammen – avhenger av det som styrer fastheten, elastisitetsmodulen, Youngs modul (E-modulen). Den er 210 GPa for jern og stål, og 71 for aluminium. GPa er giga-pascal, trykk i newton per kvadratmeter.
Det er overflateenergien som gjør at vann beholder dråpe-form. (Wikipedia)
Nye overflater
Fysisk kan vi se overflateenergi G som en forstyrrelse av molekylene i en mikrosprekk – en ny ørliten overflate oppstår. Atomene i sprekken må tåle mer enn atomene inne i stoffet, ellers ville et energioverskudd fortsette å lage overflater (sprekker) og gi kollaps.
Overflateenergi kan vi se som overskudd i forhold til energien i «innmaten» – eller som arbeidet (energien) som kreves for å skape en ny overflate, ved oppsprekking. Vi kan også granske kraften som må til for å skjære ut en prøve – og skape to nye overflater. Vi har fått energi-overskudd fordi vi har brutt overflaten.
Men energi?
Evnen til arbeid måles i joule etter fysiker J. P. Joule, og er lik den kinetiske energien(iboende) i en masse på 1 kg når den går i 1 m/s – eller det som kreves for å lage 1 watt på 1 sekund – eller en kraft på 1 newton over 1 meter.
Derfor kan vi lime biler
Professor J. E. Gordon ved Reading University sier i læreboken The Science of Strong Materials dette: Et fast materiales overflateenergi G styres av hvor tett atomene sitter, og dermed E-modulen. En lang leksjon slutter med at de fleste faste stoffers G er lik E-modul ganger atom-avstand dividert med 20. Han viser der at ståls G er 1 joule per m2. Det ante nok ikke mange.
Når vi limer overflater må de være helt rene og tørre for at limet skal flyte ut og ikke bare bli dråper, limet må fukte hele fugen. Og det kan det bare om overflateenergien til lim og overflate stemmer. Dette vet de som lager lim, og derfor kan vi lime biler.
