Способ исследования пористой структуры материалов Советский патент 1962 года по МПК G01N15/08 

Известно большое число способов исследования пористой структуры материалов.

Наиболее распространенным способом изучения микропористой структуры является адсорбционный метод, более крупные поры изучаются методами .ртутной порометрии и методом гидростатического взвешивания под давлением в несмачнвающей жидкости.

Изучение незамкнутых и полузамкнутых пор с радиусом 1 -100 МИкрон осуществляется микроскопическим или фильтрационным способом, причем последний определяет только размеры сквозных каналов.

Предлагается способ исследования пористой структуры материалов, заключающийся в том, что пробу помещают в герметичный сосуд, откачивают до определенного давления и впускают воду или другую смачивающую жидкость. Далее при различных давлениях жидкости производят гидростатическое взвешивание после достижения равновесия. Объем пор, заполненных в данных условиях, определяют по формуле. Для определения распределения по радиусам сквозных каналов -исследуемый образец покрывают парафином со всех сторон, оставляя одну сторону открытой, и производят анализ, как описано выше.

Предлагаемый способ предусматривает на.хождение функции распределения объемов пор по радиусам от их длины, путем использования эффекта практической независимости коэффициента заполнения тупиковых капилляров или сквозных капилляров, которые по предлагаемому способу переводятся в тупиковые. При это.м коэффициент заполнения таких капилляров зависит лищь от их радиуса, начального давления воздуха и конечного давления воды или другой смачивающей жидкости. Нахождение функции производится путем онределения равновесных водопоглощений при разных исходных давлениях воздуха и воды.

В предлагаемом способе исследования пористой структуры материалов впервые рекомендуется применять смачивающие жидкости,

что позволяет производить определения при более низких давлениях и использовать более простую аппаратуру, а также уменьшает возможность деформации испытуемого материала в процессе измерений.

Таким образом, предложенный способ выгодно отличается от ранее известных способов, основанных на давлении несмачивающей жидкости (ртути), простотой эксперимента и позволяет изучать диапазон пор радиусом 1-100 микрон.

Теоретические обоснования способа сводятся к следующему. Давление, под действием которого жидкость в капилляре поднимается, равно сумме внещнего давления и капиллярного давления, обусловленного поверхностным натяжением, углом смачивания и радиусом капилляра.

РЭ. PS.+ р.an-- Ре.+ - COS в

Движению жидкости препятствует заклиненный в капилляре воздух, сж-имающийся при заполнении полузамкнутого капилляра.

Движение жидкости прекратится, когда внешнее и внутреннее давЛенин уравняются, т. е. когда Яа„-|cos в Р,

Рг. - начальное давление воздуха в капилляре; / - его полная длина;

/1 -длина незаполненной водой части капилляра. Степень заполнения капилляров водой:

Из формулы (3) видно, что степень заполнения капилляров за1висит от радиуса и значений давления над жидкостью и давления воздуха в пористом теле.

Используя зависимость степени заполнения капилляров от начального давления воздуха, получают экспериментальным путем величины, например, водопоглощения предварительно откачанных до определенного и измеренного давления образцов.

Получив величины водопоглощения при одном давлении воздуха в образце и разных давлениях жидкости, образец высущивают или берут другой образец из той же пробы, и производят определения равновесных значений водопоглощения при другом давлении воздуха и разных давлениях жидкости. Различие степеней заполнения полузамкнутых капилляров разного радиуса позволяет проводить анализ пористой структуры материалов путем определения поглощения смачивающей жидкости при различных давлениях воздуха и жидкости в сравнительно мало изученном диапазопе 1-100 микрон.

Ниже приводятся значения коэффициентов заполнения водой при различных давлениях.

Коэффициенты заполнеиия капилляров

Давление над жидкостью 1 ата

0)

т- /1

+ -COS0.

Давление над жидкостью Ю дн1смN° 145797

3

Полученные опытные данные о равновесных поглощениях воды при разных значениях давления воздуха и давления жидкости сводятся в систему уравнений первой степени:

У(Р„„, PJ i:/(P,«,

V(Pen, Ро} К(Р ,„, P)V-i

V(Pgff, PO) - равновесные значения водопоглощен1-;я

К(Рдн, РО}-коэффициенты заполнения капилляров

V т i - соответственно полные объемы капилляРешая эту систему уравнений, получают распределение объемов капилляров по радиусам.

Прим.ер. Пробу помещают в герметичный сосуд, откачивают до определенного и измеренного давления, впускают воду (или другую смачивающую жидкость) и производят при различных измеренных давлениях воды гидростатическое взвещивание после достижения равновесия. Аналогичные измерения можно производить и при повышенных давлениях воздуха и воды, тогда аппаратура услолшяется.

Объем V пор, заполненных в данных условиях, опреде.чяется по формуле:

I/ ((Уп + )-,1 I где: 0-2 - гидростатический вес образца, в г; V„- полный объем пор; YI и Y2 - удельные веса исследуемого материала и

ственно.

Для определения распределения по радиусам сквозных каналов исследуемый образец правильной (например, кубической) формы парафинируют или покрывают другой, более прочной пленкой с пяти сторон, оставляя одну сторону открытой, и проводят анализ, как описано выше. при соответствующих значениях давления воздуха и давления жидкости; данного радиуса при соответствующих значениях давления воздуха ,и жидкости; ров данного радиуса. жидкости соответ№ 145797 4 -

Предмет изобретения

Способ исследовзния пористой структуры материалов путем определения равновесных значений поглощения жидкости исследуемым материалом, отличаюш,ийся тем, что, с целью повышения точности измерения размера пор, применяют смачивающую материал жидкость, а гидростатическое взвешивание производят несколько раз при различных значениях давления жидкости и воздуха в исследуемом материале в условиях равновесия.