Способ определения краевого угла смачивания Советский патент 1980 года по МПК G01N13/02 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ

Изобретение относится к способам определения физических свойств , в частности к способу определения краевого угла смачиваниЯ жидкостью пористого материала.

Известен способ определения краевого угла смачивания плохо смачивающих жидкостей порошков, который может быть применен и для пористых тел 1 .

В этом способе краевой угол смачивания определяют по капиллярному давлению, при котором жидкость под действием капиллярных сил проникает в поровое пространство.

Однако этот способ не применим для хорошо смачивающих жидкостей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является способ определения краевого угла смачивания жидкостью пористых Tert, в котором образец пропитывают эталонной жидкостью, в процессе пропитки определяют высоту поднятия жидкости Б пористом теле или увеличение массы пористого тела как функцию 2J. Численным дифференцированием по времени функции вьь соты поднятия или массы определяют скорость

капиллярного впитывания. Образец сушат и все приведенные операции повторяют для исследуемой жидкости. Затем по формуле

cos.e.cosG.

где в,Э - краевой угол смачивания эталонной и исследуемой жидкостей; V.,V - скорость капиллярного впитывания

жидкостей; (j (Э - поверхностное натяжение жид- ;

костей;

7 , - вязкость жидкостей; определяют искомый краевой угол смачивания.

Однако известный способ может быть использован для поликапмллярных пористых тел с определенными допущениями, так как уравнение, на котором он основан, получено для элементарного капилляра. Использование этого уравнения для поликапиллярного тела предполагает, что входящая в уравнение величина радиуса пор может бьтгь представлена эффективным радиусом, характерным для данного пористого тела, причем эта величина принимается постоянной в процессе капиллярного поднятия жидкости в пористом теле. Быстрый подъем жидкости по порам нередк приводит к закзтюриванию отдельных пор воздухом и эти поры не 5Л аствуют в явлении капиллярного всасывания. Так как это явление носит случайный характер, учесть его в реальнь1х процессах невозможно. Поэтому в реальных условиях, прймо пропор циональная зависимость квадрата высоты капил лярного поднятия жидкости от времени не вы полняется. Отмеченные несоответствия теоретической моДеЛй с реальным процессами приводят к методической погрешности известного способа 10-20%. Целью изобретения является повБ1шение точности определения краевого угла смачивания. Для этого последовательно пропускают газ под давлением сначала через образец, пропитанный эталонной жидкостью, а затем исследуемой, снимают зависимости расхода газа от давления, определяют величины давлений соответствующих раскрытию пор одногб размера, а искомую величину находят по формул ГП т давления, соответствующие рас крытию пор Одного размера; -поверхностное натяжение эталон ной и исследуемой жидкостей соответственно; -краевой угол смачивания этало ной жидкости. Математическая обработка реализуется следующим образом. Под действием давления газа, начиная с дав ления , определяемого из зависимости Кантора adcosG - поверхностное натяже{ше; г - радаус пор; Q - краевой угол смачивания открьгоается первая группа пор, соответствую- 1цая порам максимального размера г. Пусть число таких пор N,. С увеличением давления Р PI будет происходить поочередно открытие слёдуюпях групп пор. Обозначим размер пор каждой группы и их число соответственно V; и N,. Индекс t изменяется от значения 1 соответствующего п рам максимапьйбго размера, до зна дения п соот SetctSyroiiJiefо п&рШ Шишмаяьяог€Г аШёра. ..4 Расход газа через смоченный эталонной идкостью образец в зависимости от давлеия можно на основании закона Пуазейля редставить, как П РК J м А ,, вязкость газа; толщина образца; для образца, смоченного исследуемой жидостью, как 1 ItO .V. a«je 4Н в выражениях (2) и (3) индекс к принимает значения от 1 до п. Зависимость расхода газа от давления через суко образец тех же геометрических разме-, ров, отличающийся от исходного тем, что поры в этом образце представлены только размерами от г. до , где m 4 п, число пор каждой представленной группы соответствует исходному образцу, на основании закона Пуайзеля можно представить, как п Р сг м 4 Из равенства и для двух жидкостей из зависимости Кантора следует 6 соьб бсойв из которого oos,G П р и м е р. В качестве материала и жидкости для определения краевого угла смачивания выбрана спеченная бронза и вода, а в качестве эталонной жидкости - спирт. Крае- . вой угол смачивания спиртом бронзы равен нулю. Образец пропитывают спиртом в вакууме в течение 5 мин. Пропитанный образец по мещают в специальное приспособление и снимают зависимость расхода газа через смоченный образец от давления. Образец вынимают из приспособления, сущат в вакуумном шкафу при 80 в течение 1 ч и все приведенные операции повторяют для воды. По Полученным зависимостям расхода газа от давления строят кривые на графике в координатах Q и Р мм вод. ст. Из начала координат проводят пучок прямых и фиксируют ординаты их точек пересечения с кривыми вытеснения, а затем по формуле (5) расчитывают значение краевого угла смачивания:

Предлагаемый способ позволяет повысить точность полученных результатов так как в отлнчие от известного не требуется численного дифференцирования полученньрс экспериментальных значений, и устраняет методическую ошибку известного способа.

Многочисленные экспериментальные данные показали, что погрешность определения краевого угла смачивания по предлагаемому способу не превышает 4-6% т.е. точность измерения в 2-3 раза вьппе, чем по известному способу.

Формула и 3 о б р е т е н йя

Способ определения Краевого угла смачивания жидкостью пористого тела, включаюший 1ФОПИТКУ образца эталонной жидкостью с поспеду1ющей его сушкой и пропиткой исследуемой жидкостью, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности определения, последовательно пропускают газ под давлением, сначала через образец, пропитанный эталонной жидкостью, а затем исследуемой гсиимают зависимости расхода газа от давления, определяют величины давлений, соответствуюшнх раскрьггию пор одного размера, а искрмук - величину находят по формуле

,00.6.

cose,

10

где PJP Р - давления, соответствующие раскрытию пор одного размера;

,й.

-поверхностное натяжение эталонной и исследуемой жидкостей соответственно;

е

-краевой угол смачивания эталонной жидкости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Журнал Заводская лаборатория N 2, с. 209 (прототип).