ЭКСПРЕСС-МЕТОД ОЦЕНКИ СМАЧИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВОЛОКНИСТЫХ ЧАСТИЦ Российский патент 1997 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к экспрессному определению смачиваемости волокнистых материалов полярными или неполярными жидкостями, характеризующей гидрофильные или гидрофобные свойства поверхности волокон, и может использоваться в химической, текстильной и других отраслях промышленности.

Известен метод определения угла смачиваемости G поверхности элементарных волокон методом "сидячей" капли [1] заключающейся в том, что на исследуемую единичную нить, закрепленную в кювете, наносится малая капля жидкости, и затем определяется краевой угол смачивания или непосредственно измерением под микроскопом или расчетным методом на основании геометрических размеров капли по ее фотографии. Недостатком данного метода является сложность аппаратурного оформления, длительность процесса, а в некоторых случаях невозможность закрепления волокон из-за его малой прочности и сложности нанесения капли жидкости на его поверхность.

Наиболее близкими по технической сущности и по достигаемому эффекту является метод определения удельного седиментационного объема порошкообразных частиц размером менее 30 мкм в жидкостях полярной (вода) и неполярной (углеводородной) [2, 3] заключающейся в том, что навеска порошка помещалась в трубку, предварительно заполненную жидкостью под закрывающую пробку, путем многократного переворачивания трубки на 180^o, достигалось перемешивание порошка в жидкости и производилось измерение установившегося (конечного) значения высоты столба осадка. Недостатком данного метода является то, что при определении удельного седиментационного объема в жидкостях волокнистые частицы занимают практически весь объем (как бы "распушаясь"), и четкая граница определения седимента полностью отсутствует. Кроме того, установление объема для порошкообразных частиц различной природы и дисперсности достигается в течение 2 4 ч.

Задача предлагаемого метода экспрессное определение смачиваемости волокнистых частиц толщиной 20 80 мкм и длиной 20 20 мм полярной и неполярной жидкостями. Предлагаемый метод заключается в том, что две одинаковые навески волокнистых частиц помещаются в два мерных цилиндра объемом 10 см² и уплотняются в сухом состоянии до постоянного объема под давлением 0,02 0,05 МПа. Затем в первый цилиндр заливается под пробку жидкость вода, а во второй цилиндр углеводородная жидкость. Через 40 60 мин. замеряются удельные седиментационные объемы и рассчитывается коэффициент смачиваемости по формуле
K=V_п/V_ап,
где V_п удельный седиментационный объем волокон в воде, см³/г;
V_ап -удельный седиментационный объем волокон в углеводородной жидкости, см³/г.

При равенстве удельных седиментационных объемов коэффициент смачиваемости K 1, что соответствует краевому углу смачивания G 90^o. При значениях K>I поверхность волокон гидрофобная, при К<1 поверхность гидрофильная.

Основными отличительными признаками предлагаемого решения являются следующие.

1. Навеска волокнистого материала сначала помешается в мерный цилиндр и затем заливается либо водой, либо углеводородной жидкостью, а в прототипе навеска порошка засыпается в мерную трубку, предварительно заполненную жидкостью.

2. Перед тем как добавить жидкость в цилиндры, волокнистый материал уплотняется до постоянного объема под давлением 0,03 0,05 МПа, а в прототипе порошок не уплотняют, а, наоборот, несколько раз перемешивают в жидкости.

3. По прототипу время определения удельного седиментационного объема порошкообразного материала составляет 2 4 часа, а в предлагаемом методе достаточно 40 60 мин. Таким образом, предлагаемый метод определения смачиваемости волокон является экспрессным и позволяет судить о гидрофильности или гидрофобности поверхности частиц.

Пример 1 (по прототипу). В мерный цилиндр объемом 10 см³ заливается под пробку вода, затем помешается 0,4 г волокон стеклоткани, закрывается пробкой и переворачивается несколько раз на 180^o. Через 2 ч замеряется объем осадка. Так как волокна занимают весь объем цилиндра, то истинную величину осадка замерить невозможно.

Пример 2. В два мерных цилиндра объемом 10 см³ помещается навеска по 1,0 г углеродного волокна марки 10ПВН-325 и уплотняется до постоянного объема под давлением 0,03 МПа. В первый цилиндр наливается вода, а во второй - углеводородная жидкость, цилиндры закрываются пробками и через 40 мин замеряется удельный седиментационный объем в жидкостях различной полярности:
V_ап 1,79 см³/г; V_п 3,25 см³/г.

Определяют коэффициент смачиваемости K 1,816, значит поверхность углеродного волокна марки 10ПВН-325 является гидрофобной. Примеры приведены в таблице.

Использование: в химической, текстильной и других отраслях для определения смачиваемости волокнистых материалов. Сущность изобретения: две одинаковые навески волокнистого материала предварительно уплотняют под давлением 0,03 - 0,05 МПа до постоянного объема. Затем одну навеску заливают водой, вторую - углеводородной жидкостью. Замеряют удельные седиментационные объемы уплотненных навесок и рассчитывают коэффициент смачиваемости, по которому судят о гидрофильности или гидрофобности материала. 1 табл.

Способ определения смачиваемости волокнистых материалов, заключающийся в измерении удельного седиментационного объема осадка в полярной и неполярной жидкостях, отличающийся тем, что две одинаковые навески волокнистого материала предварительно уплотняют под давлением 0,03 0,05 МПа до постоянного объема, а затем заливают одну навеску водой, вторую углеводородной жидкостью, замеряют удельные седиментационные объемы уплотненных навесок и расчитывают коэффициент смачиваемости по формуле
K V_n / V_a n,
где V_n удельный седиментационный объем волокон в воде, см³/г;
V_a n удельный седиментационный объем волокон в углеводородной жидкости, см³/г,
по которому судят о гидрофильности или гидрофобности волокнистого материала.