Способ оценки смачивающей способности жидкости

 

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 вертикально 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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАН И Е И ЗОБ РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4746494/25 (22) 15.08.89 (46) 07.03.92.. Бюл. N 9 (71) Московский текстильный институт им.

А,Н. Косыгина (72) В.И. Киселев, А.И. Кобляков и О,В. Удачин (53) 532.696.1 (088.8) (56) Сумм В.Д., Горюнов Ю.В. Физико-химические основы смачивания и растекания, М„

Химия. 1976, с. 232.

Поверхностные явления и поверхностно-активные вещества. Справочник. Л.; Химия, 1984, с. 174, (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ СМАЧИВАЮЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ ЖИДКОСТИ

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 пи судят о смачивающей способности жидкости.

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

„„5U„„1718038 А1 (57) 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 вертикально 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 смачивания, по которому судят о смачивающей способности. 1 ил. жидкости с образцом, которые также характеризуют смачивающую способность, что в целом снижает точность измерения.

Известен также метод оценки смачивающей способности, эаKëþ÷àющийся в том, что исследуемую жидкость приводят в соприкосновение с поверхностью вертикально расположенного o6: азца и измеряют силу, действующую на о(- азец в состоянии равновесия исследуемои системы жидкость — твердое тело, по которому определяют угол смачивания Ои судчто 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 характеризуют смачивающую способность, 10 в целом снижает точ1718038 ность on ределения смачивающей способности и не позволяет определять оптимальные соотношения свойств поверхности образца и жидкости, обеспечивающих максимальное снижечие энергии взаимодействия образца с жидкостью.

Цель изобретения — повышение точности оценки смачивающей способности, Способ заключается в том, что в момент контакта жидкости с поверхностью образца регистрируют изменение силь}, 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 "„П-образную рамку 2, датчик 3 усилия, емкость 4 с исследуемой жидкостью, Контролируемый образец 1 представляет собой: тонкую пластину из стекла размером 40»3»1, 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 микроЗВМ, 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 замасли ватель — 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 микроЭВМ включаетс шаговый двигатель, который поднимает емкость с жидкостью до момента соприкосновения с образцом. В момент соприкосновения шаговый двигатель останавливается по команде от микроЭВМ. Производится непрерывная регист рация сигнала датчика силы f«(t). За счет сил смачивания жидкость поднимается по поверхности образца до тех пор, пока усилие смачивания не компенсируется весом поднявшейся вверх жидкости. МикроЭ BM определяет конец процесса смачивания после выхода усилия смачивания на стабильный уровень. После этого по команде микроЭ ВМ шаговый двигатель опускает емкость с жидкостью вниз. При этом между образцом, экранными стержнями 6 и

5 поверхностью жидкости образуется пленка

7 жидкости, которая вытягивается и деформируется до тех пор, пока не оборвется. При этом регистрируется усилие когезии 4» (t). В момент обрыва пленки 7 по падению уровня

10 сигнала с датчика усилия микооЭВМ останавливает шаговый двигатель и определяется максимальное усилие когезии. Экранные стержни 6, ограничивающие ширину пленки

7, служат экранами, ограничивающими и ус15 траняющими 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

20 жидкости.

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

25 жидкости вверх по образцу, связанное с увеличением поверхности контакта жидкости с образцом dS. При этом в качестве интегрального показателя процесса смачивания выбирается изменение энергии сис30 темы жидкость-твердое тело Л В/с (t). определяемое по фс}рмуле

Н(с)

ЛМ/ (t) = f Fp(t) d Н, Дж, (1) 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)

"р (t) = ((%т — %ж) — 0}»г cos 9t)) 2 3, (2) где о}т,о ж — поверхностное натяжение образца на границе с газом и жидкостью соответственно, Н/м;

a}»}- — поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

21 — периметр контакта жидкости с образцом,м:

Q ) — кинет}„ческий угол смачивания, рад.

50 Согласно выражению Юнга айаг — %Ж =

= oû cos + где Оя — равновесный угол смачивания, выражение (2) выражается в виде

Fp (t) гтжг (cos ф cos ®)), (3) Прин м я во внимание соотношение (2) н(r}= 1 — 53п@ц (4}

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

1718038

3/2

ЛW,: (t):: 2 — jcos Ор 41 — sinО« рп

2 (1 1+ В1«0«)) II

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 замасливателей, 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 6, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью повышения точности, измеряют силу

f {t), действующую на образец в процессе смачивания, от момента кон акта жидкости с поверхностью образца до установления равновесия в системе жидкость-твердое те5 ло, выводят жидкость из соприкосновения с образцом и измеряют максимальное усилие когеэии 1 „,„, при отрыве образца от поверхности жидкости, а затем определяют изменение энергии Л W< (с) системы жидкостьтвердое тело в процессе смачивания по формуле

Зб2 " o

AWj:(t)=2 l — (cos Ор 1 $1пО@15 М2 3/2

2 { (1 +япдю ) где ® = arccos (fc (t)/)fK„„„,),ðàä;

I — ширина образца, м;

3. р — плотность жидкости. кгl м; р — ускорение свободного падения, м/с;

0 = 4„,„,/21 — поверхностное натяжение исследуемой жидкости, Н/м; др — равновесный угол смачивания, рад по которой судят о смачивающей способности.