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Introduction à l'énergie de surface

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Les principes de base de l'énergie de surface

Tous les matériaux ont des propriétés telles que la densité ou le point de fusion qui nous aident à les caractériser et à les différencier. L’énergie de surface est une autre propriété des matériaux : c’est une mesure de la façon dont les molécules d’un matériau sont attirées les unes par les autres et par les molécules d’autres matériaux. L'énergie de surface est une bonne mesure de la facilité ou de la difficulté d'adhérer à une surface.

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Découvrez comment différents niveaux d’énergie de surface peuvent impacter la facilité de collage.
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Qu'est-ce que le mouillage ?

Le « mouillage » se produit lorsqu'un liquide s'écoule ou s'étale lorsqu'il est appliqué à la surface d'un solide. Le mouillage permet à la colle d'établir un contact intime avec la surface d'un matériau à coller. En fonction de l’énergie de surface du matériau, une colle mouillera naturellement et coulera sur la surface ou aura tendance à perler. Un bon mouillage est une condition nécessaire pour un collage.

  • Exemple d'un bon mouillage : l'eau se répand

    Un bon mouillage : l'eau se répand

  • Exemple de mauvais mouillage : l'eau perle

    Un mauvais mouillage : l'eau perle

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Mouillage sur des matériaux à haute et basse énergie de surface

Les matériaux à haute énergie de surface sont plus faciles à mouiller que les matériaux à basse énergie de surface. Regardez les casseroles dans les images ci-dessus. Si la casserole est dotée d'une haute énergie de surface, les gouttelettes d'eau s'écouleront sur toute la surface en un film mince. Si la casserole est dotée d'une basse énergie de surface (par l'ajout d'un revêtement anti-adhésif), les gouttes d'eau perleront. Ce sujet sera abordé plus en détail dans les sections suivantes.

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Mesurer l'énergie de surface

  • L'énergie de surface est exprimée en unités d'énergie par surface ou « dynes/cm ». 1 dyne/cm est égal à 1 mJ/m.

    La facilité ou la difficulté avec laquelle une colle mouille la surface d’un matériau dépend de l’énergie de surface du matériau. Comme vous pouvez vous en douter, l'énergie de surface est exprimée en unités d'énergie par surface. En règle générale, elle est mesurée en une unité appelée « dyne », 1 dyne/cm étant égal à 1 mJ/m.
     

    L'énergie de surface est le plus souvent mesurée avec de l'eau. Lorsqu'une goutte d'eau est déposée sur une surface, elle perle dans une certaine mesure. Théoriquement, si l’énergie de surface est nulle, la gouttelette sera une sphère parfaite. Inversement, si l’énergie de surface est infiniment haute, elle formera un film parfaitement uniforme. Entre les deux, nous pouvons mesurer l'angle formé au bord de la goutte. (Pour une sphère, cet angle est de 0 °; pour un film, il est de 180 °.)


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Au cas où vous vous demandez :

Pourquoi utiliser de l'eau pour mesurer les énergies de surface ?

  • L'eau est un choix courant pour mesurer l'énergie de surface pour plusieurs raisons. Elle est facilement disponible. Elle est également facile à purifier, relativement peu coûteuse, de faible viscosité et permet d'atteindre très rapidement l'équilibre en surface, généralement en moins de 60 secondes. Imaginez si nous devions utiliser quelque chose comme le bitume pour mesurer l'énergie de surface. Cela prendrait des centaines d'années !

    En savoir plus sur l'Expérience de la goutte de bitume, la plus longue expérience de laboratoire en cours au monde


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