Устройство для определения смачиваемости волокнистого материала и поверхностного натяжения жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01N13/00 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно средствам контроля поверхностных свойств волокнистого материала и жидкостей, и может найти применение в процессах производства и переработки химических волокон в текстильной промышленности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения изучения пленкообразующих свойств жидкости.

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство состоит из блока 1 подачи образца 2 волокнистого материала, заправляемого в П-образную рамку 3 с вертикальными (экранными) стержнями 4 посредством подвижных эластичных зажимов 5 и

фиксаторов 6 положения нити, выполненных в виде изогнутых петель, на экранных стержнях 4, и подаваемого далее в приемный блок 7. Верхняя горизонтальная часть П-образной рамки 3 механически соединена с датчиком 8 усилия, который электрически связан с измерительно-вычислительным устройством 9. Под П-образной рамкой 3 расположена емкость 10 с жидкостью-.И, Механически соединенная с приспособлен - ем 12 вертикального перемещения и датчиком 13 взаимного положения волокнистого материала и поверхности жидкости, выходы которых электрически соединены с измерительно-вычислительным устройством 9. Линия заправки образца 2 волокнистого материала в эластичные подвижные зажимы 5 на П-образной рамке 3 расположена

О

VI

Ч N5 00

ю

выше или на уровне точки 14 соединения П-образной рамки 3 с датчиком 8 усилия, а линия заправки образца волокнистого материала на фиксаторах 6 экранных стержней параллельна поверхности жидкости и расположена ниже точки 14 соединения на расстоянии от нижних концов вертикальных стержней 4, превышающем максимальную высоту пленкообразования жидкости 11.

Вертикальные стержни 4 установлены параллельно один другому и перпендикулярно поверхности жидкости 11. Более простая конструкция фиксаторов 6 в виде прорезей в стержнях позволяет обойтись и без подвижных эластичных зажимов 5, устанавливаемых на П-образной рамке 3. Но при этом нить фиксируется в прорезях вертикальных стержней 4 клеем или легкоплавким связующим, например сургучом, канифолью, а выступающие концы нити обрезаются. Конструкция с применением подвижных эластичных зажимов 5 позволяет упростить и облегчить операцию перезаправки нити.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии заправленный между вертикальными стержнями 4 анализируемый участок нити находится выше поверхности жидкости 11. По сигналу от измерительно-вычислительного устройства 9 включается приспособление 12 вертикального перемещения, которое поднимает емкость 10 для жидкости 11 до момента соприкосновения с нитью, определяемого по измерительной вертикальной координате взаимного положения нити и поверхности жидкости. В момент соприкосновения приспособление 12 вертикального перемещения останавливается по команде от измерительно-вычислительного устройства 9. Производится опрос датчика 8 усилия, измеряется кинетика смачивания нити.

После выхода усилия смачивания на стабильный уровень приспособление 12 вертикального перемещения переключается и емкость 10 с жидкостью 11 опускается вниз. При этом между нитью, экранными стержнями 4 и поверхностью жидкости 11 образуется пленка жидкости, которая вытягивается,, деформируется до тех пор, пока вес поднимаемой пленки не превысит силы поверхностного натяжения пленки. После этого пленка отрывается от нити. В этот момент по падению сигнала с датчика 8 усилия измерительно-вычислительное устройство 9 останавливает приспособление 12 вертикального перемещения, а заправленную в П-образной рамке 3 нить перемещают в приемный блок 7.

Из блока 1 подачи при этом поступает новый участок нити, а исследованный участок перемещается в приемной блок 7. Далее вновь включают приспособление 12

вертикального перемещения и цикл измерений повторяется уже для нового участка нити. Характеристики смачивания нити определяются только в момент первого касания нитью поверхности жидкости, так как

0 после извлечения нити из жидкости на ней остается поверхностный слой жидкости, а при вторичном погружении в момент касания взаимодействует с поверхностью жидкости уже не нить, а поверхностный слой

5 жидкости на нити.

По виду деформационной кривой удлинение (усадка) пленки-усилие во время растяжения пленки жидкости судят о деформационных свойствах растяжения и усадки

0 пленки жидкости, а по виду кинетических кривых усилия смачивания во время соприкосновения нити с поверхностью жидкости - о кинетических характеристиках смачивания нити. После вторичного погружения и

5 выведения нити-из жидкости пленку жидкости деформируют до максимал ьного удлине- ния, определенного из первого эксперимента, но не доводя до обрыва и, переключая приспособление вертикального

0 перемещения в обратном направлении, определяют релаксационную кривую усадки пленки жидкости Усадка - усилие , по которой судят об усадочных, релаксационных свойствах пленки жидкости.

5Таким образом, для полного определения деформационных характеристик пленки жидкости необходимы как минимум два цикла измерений, в первом из которых определяют деформацию и усилие обрыва

0 пленки жидкости, а во втором - вид кривых вытяжка (усадка) - усилие деформации пленки жидкости, по которым судят о свойствах вытяжки - усадки пленки жидкости при ее деформации.

5 Поверхностное натяжение определяют по формуле

Wn Fn/2l ,

0 где Wn - поверхностное натяжение, Н/м: Fn - усилие обрыва пленки, Н; I -- длина нити в зоне между двумя вертикальными стержнями 4, м.

Удельную энергию смачивания опреде5 ляют по формуле

WcM FcM/2l,

где WCM - удельная энергия смачивания. Н/м:

FCM - максимальное усилие взаимодействия нити с жидкостью при пересечении нитью уровня жидкости при погружении,Н.

Относительную смачиваемость определяют по формуле

WCM

WcM/Wn.

-

О пленкообразующих свойствах жидкости судят по виду кривой растяжение усилие или усадка - усилие пленки, например по отношению высоты подъема пленки над уровнем жидкости и усилия, действующего на пленку при растяжении или сжатии пленки, которое определяет удельную поверхность пленкообразования

Syg /9gla/F,

где Зуд-удельная поверхность пленкообра- зования,

р - удельная плотность жидкости, кг/м3;

g - ускорение свободного падения

F -усилие растяжения пленки, Н;

а - высота пленки, м.

В момент обрыва удельная поверхность пленкообразования имеет максимальное значение и служит критерием пленкообра- зующих свойств жидкости. Величина, об

10

15

20

30 25

ратная удельной поверхности пленкоовра- зования, определяет среднюю толщину пленки и служит динамической характери стикой изменения толщины пленки при растяжении или усадке пленки.

Формула изобретения Устройство для определения смачиваемости волокнистого материала и поверхностного натяжения жидкости при взаимодействии ее с волокнистым материалом, содержащее держатель образца волокнистого материала, соединенный с датчиком усилия, датчик положения и приспособление для взаимного перемещения держателя образца и емкости для жидкости, расположенной под держателем образца, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем обеспечения излучения пленкообразующих свойств жидкости, держатель образца выполнен в виде П-об- разной рамки, верхняя горизонтальная часть которой жестко соединена с датчиком усилия, а на каждом из вертикальных стержней П-образной рамки на одинаковом рас- стоянии от концов этих стержней, превышающем максимальную высоту пленкообразования. расположены фиксаторы положения образца, выполненные, например, в виде изогнутых петель или прорезей в стержнях.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике, а именно к средствам контроля поверхностных свойств волокнистого материала и жидкостей, и может найти применение в текстильной промышленности. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения изучения пленкообразующих свойств жидкости, Для этого держатель образца волокнистого материала, соединенный с датчиками усилия и положения и расположенный над емкостью для жидкости, выполнен в виде П-образной рамки. Верхняя горизонтальная часть рамки соединена с датчиком усилия, а на вертикальных стержнях рамки расположены фиксаторы положения образца на рас- стоянии от концов этих стержней, превышающем максимальную высоту плен- кообразования. 1 ил.