Способ оценки смачивающей способности жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01N13/02 

k

Изобретение относится к производству и переработке текстильных материалов и может быть использовано для оценки кинетики смачивания при пропитке текстильных материалов и выбора наиболее.оптимальных сочетаний компонентов жидкостей и твердого тела. Способ заключается в измерении усилия смачивания при контакте вер- тикально расположенного образца с поверхностью исследуемой жидкости и определении краевого угла смачивания. При этом также измеряют усилие когезии при отрыве образца от поверхности жидкости и определяют изменение энергии системы жидкость-твердое тело в процессе смачива- .ния, по которому судят о смачивающей способности.. 1 ил.

Изобретение относится к производству и переработке текстильных материалов и может быть использовано для оценки кинетики смачивания при пропитке текстильных материалов и выбора наиболее оптимальных сочетаний компонентов жидкостей и твердого тела,

Известен метод оценки смачивающей способности, заключающийся в том, что исследуемую жидкость приводят в соприкосновение с поверхностью образца и измеряют усилие при отрыве образца (усилие когезии) от жидкости, по которому определяют поверхностное натяжение жидкости С7и судят о смачивающей способности жидкости.

Недостатком данного способа является то. что он.не учитывает такие показатели, как угол смачивания и поверхность контакта

жидкости с образцом, которые также характеризуют смачивающую способность, что в целом снижает точность измерения.

Известен также метод оценки смачивающей способности, заключающийся в том, что исследуемую жидкость приводят в соприкосновение с поверхностью вертикально расположенного обпазца и измеряют силу, действующую на о( пазец в состоянии равновесия исследуемой системы жидкость-твердое тело, по которому определяют угол смачиваниями судято смачивающей способности жидкости.

Недостатком данного способа является то, что он не учитывает такие показатели, как поверхность контакта жидкости с твердым телом и поверхностное натяжение жидкости, которые хлргжтеризуют смлчивэю- щую способность, чш в целом снижает точ00

о

со

00

ность определения смачивающей способности и не позволяет определять оптимальные соотношения свойств поверхности образца и жидкости, обеспечивающих максимальное снижение энергии взаимодействия образца с жидкостью.

Цель изобретения - повышение точности о ценки смачивающей способности.

Способ заключается в том, что в момент контакта жидкости с поверхностью образца регистрируют изменение силы, действующей на образец в процессе смачивания вплоть до состояния равновесия, регистрируют усилие когезии при отрыве образца от поверхности жидкости, а затем рассчитывают изменение энергии в процессе смачивания

На чертеже изображена принципиальная схема экспериментальной установки.

Установка содержит контролируемый образец 1, П-образную рамку 2, датчик 3 усилия, емкость 4 с исследуемой жидкостью.

Контролируемый образец 1 представляет собой : тонкую пластину из стекла размером , закрепленную на вертикально расположенной П-образной рамке 2 с экранными стержнями 6. Датчик усилия 3 механически соединен с верхней горизонтальной частью П-образной рамки и электрически с микроЭВМ. Под П-образной рамкой расположена подвижная емкость 4 с исслеДуемой жидкостью 5. механически соединенная с шаговым двигателем, обеспечивающим вертикальное перемещение емкости. Исследуемая жидкость 5 представляет собой крахмальный замасливатель - 79 М, применяемый при производстве стеклонитей. Датчик усилия соединен с входом микроЭВМ, а шаговый двигатель с управляющим выходом микроЭВМ. Экранные стержни 6 П-образной рамки установлены параллельно один другому и перпендикулярно поверхности жидкости 5. В исходном состоянии закрепленный между экранными стержнями образец 1 находится выше поверхности жидкости. По сигналу от микро- ЭВМ включается шаговый двигатель, который поднимает емкость с жидкостью до момента соприкосновения с образцом. В момент соприкосновения шаговый двигатель останавливается по команде от микро- ЭВМ. Производится непрерывная регистрация сигнала датчика силы fcw(t). За счет сил смачивания жидкость поднимается по поверхности образца до тех пор, пока усилие смачивания не компенсируется весом поднявшейся вверх жидкости. Микро- ЭВМ определяет конец процесса смачивания после выхода усилия смачивания на стабильный уровень. После этого по команде микроЭВМ шаговый двигатель опускает емкость с жидкостью вниз. При этом между образцом, экранными стержнями 6 и

поверхностью жидкости образуется пленка 7 жидкости, которая вытягивается и деформируется до тех пор, пока не оборвется. При этом регистрируется усилие когезии f (t). В момент обрыва пленки 7 по падению уровня

сигнала с датчика усилия микооЭВМ останавливает шаговый двигатель и определяется максимальное усилие когезии. Экранные стержни 6, ограничивающие ширину пленки 7, служат экранами, ограничивающими и устраняющими краевые эффекты перенапряжения и разрыва пленки при ее деформации и создающими равномерное механическое поле натяжения: по всей ширине пленки по время удаления образца от поверхности

жидкости.

В процессе смачивания вертикально расположенного образца при его соприкосновении с горизонтальной поверхностью жидкости происходит распространение

жидкости вверх по образцу, связанное с увеличением поверхности контакта жидкости с образцом dS. При этом в качестве интегрального показателя процесса смачивания выбирается изменение энергии системы жидкость-твердое тело Д Wc (t). определяемое по формуле H(t)

(D

AWc(t) / РрфсЖ.Дж,

о

где Fp (t) - результирующая сила, направленная вверх и заставляющая жидкость распространяться по образцу, Н;

Н (t) - высота поднятия жидкости над поверхностью образца во времени, ч. В данном случае (1)

Fp W ((От, Огж) - Ожг COS 6tt) 2 I. (2)

где ovr, 0тж - поверхностное натяжение образца на границе с газом и жидкостью соответственно, Н/м;

Ожг - поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

21 - периметр контакта жидкости с образцом, м:

6|t) - кинетический угол смачивания, рад. Согласно выражению Юнга ovr - ж

сГжг cos вр где Ор - равновесный угол смачивания, выражение (2) выражается в виде

Fp (t) Ожг (cos вр - cos 6(1)).(3)

Принимая во внимание соотношение (2)

H(t)|p| Vl-sin%bИ)

и выражения (3) и (4), изменение энергии системы выражается в виде

AW(;(t)-2 Jfc

3/2

0 icos 0P vT

3/2 i

sin #(4Г

vlFo 23№/1 |1 sin u n

3 I1 I 2 / )

Использование предлагаемого способа обеспечивает по сравнению с известными способами более точную оценку кинетики смачивания смачивающей способности жидкости, позволяющую определять оптимальные соотношения свойств поверхности образца и жидкости, обеспечивающих максимальное снижение энергии взаимодействия образца с жидкостью и более объективный выбора типов замасливате- лей, придающих нити лучшие свойства в технологической переработке (меньшую обрывность, ворсистость и т.д.).

Формула изобретения Способ оценки смачивающей способности жидкости, заключающийся в приведении жидкости в соприкосновение с поверхностью образца, измерении силы, действующей на образец при его смачивании и определении равновесного угла смачивания .отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют силу

XX / ft К j S +

0

5

0

5

TCM (t). действующую, на образец в процессе смачивания, от момента конпкта жидкости с поверхностью образца до установления равновесия в системе жидкость-твердое тело, выводят жидкость из соприкосновения С образцом и измеряют максимальное усилие когезии Ткмакс ПРИ отрыве образца от поверхности жидкости, а затем определяют изменение энергии Л Wc (t) системы жидкость- твердое тело в процессе смачивания по формуле

3/2

AWc(t) l(J

№

2

3/2

вр VI- sin #,.,- - - з/2.

(И1 + sin в&

) )

Дж

где t) arccos (fCM М/Ккмакс),рад:

I - ширина образца, м;

р- плотность жидкости, кг/м3;

g -- ускорение свободного падения, м/с2:

а т Макс/2 I - поверхностное натяжение исследуемой жидкости, Н/м;

- равновесный угол смачивания, рад по которой судят о смачивающей способности.

2

1