Способ определения краевого угла смачивания

 

О П И С А "К=И Е (728Q54

ИЗОБРЕТЕНИЯСоюз Советских

Социалистических

Республик

1

:=Ъ .Ф

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 19.04.77 (21) 2476134/18-25 с присоединением заявки .% (23) Приоритет (5l )M. Кл.

G 01 и 13/02

Гасударственный комитет

СССР

II0 делам нзебретений н открытий

Опубликовано 15.04.80. Бюллетень J% 14

Дата опубликования описания 18.04.80 (53) УЛК

543.542. (088.8) {72) Авторы изобретения

П. А. Витязь, В. К. Шелег, С. В.. Попко и В, M. Капцевич

Научно-исследовательский институт порошковой металлургии Белорусского ордена Трудового Красного Знамени политехнического института (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРАЕВОГО УГЛА СМАЧИВАНИЯ

i< ч, 6 сoь9 =, cosB r

Ч -g. б

Изобретение относится к способам определения физических свойств вееств, 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 (ll.

В этом способе краевой угол смачивания определяют по капйллярному 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 тел, в котором образец пропитывают эталонной жидкостью, в процессе пропитки определяют высоту поднятия" жидкости в пористом теле или увеличение массы пористого тела как функцию (21. Численным дифференцированием по времени функции вы соты поднятия или массы определяют скорость

2 капиллярного впитывания. Образец сушат и все приведенные операции повторяют для исследуемой жидкости. Затем по формуле где 9,9 — краевой угол смачивания эталонной и исследуемой жидкостей;

Ч,V — скорость капиллярного впитывания жидкостей;

Q ф — поверхностное натяжение жид-;

11 костей; — вязкость жидкостей; 1 определяют искомый краевой угол смачнвання, Однако известный способ может быть использован для поликапиллярных 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 быть представлена эффективным радиусом, характерным для данного

728054 к Щ 1 (2) Ж

g к 1„4 Sqfi g (3) я. р 1Ф3 к s fg i i (1) 3 пористого тела, причем эта величина принимается. постоянной в процессе капиллярного поднятия жидкости в пористом теле.

Быстрый подъем жидкости по порам нередко приводит к закупориванию отдельных пор воз духом и эти поры не участвуют в явлении капиллярного всасывания. Так как это явление. носит случайный характер, учесть его в

peaJlbHbIx процессах невозможно.

Поэтому в реальных условиях прямо пропор- 10 циональная зависимость квадрата высоты капил. лярного поднятия жидкости от времени не выполняется.

Отмеченные несоответствия теоретической моДели с реальным процессами приводят к методической погрешности известного способа

10-20%.

Целью изобретения является повышение 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

I 25 от давления, определяют величины давлении соответствующих раскрытию пор одного размера, а искомую величину находят по формуле

Р б 30

«.е — е

Расход газа через смоченный эталонной жидкостью образец в зависимости от давления можно на основании закона Пуазейля представить, как где 0 — вязкость газа; е — толщина образца; и для образца, смоченного исследуемой жидкостью, как

В выражениях (2) и (3) индекс к принимает значения от 1до и.

Зависимость расхода газа от давления через сухой образец тех же геометрических разме-. ров, отличающийся от исходного тем, что поры в этом образце представлены только размерами от г vo, где m < n, число пор

Щ каждой представленной группы соответствует исходному образцу, на основании закона Пуайзеля можно представить, как

g.icos 8

45

55 где Рг, Рщ — давления, соответствующие раскрытию пор одного размера;

-,6 . — поверхностное натяжение эталонной и исследуемой жидкостей соответственно; — краевой угол смачивания эталон ной жидкости.

Математическая обработка реализуется следующим образом.

Под действием давления газа, начиная с давления Р=Р1, определяемого из зависимости

Кантора где (. » — поверхностное натяжение; — радиус пор;

Π— краевой угол смачивания открывается первая группа пор, соответствующая порам максимального размера r . Пусть число таких пор й,. С увеличением давления

Р ) P будет происходить поочередно открытие следующих групп пор. Обозначим размер пор каждой группы и их число соответственно 1", и М;. Индекс i изменяется от значения 1 соответствующего по рам максимального размера, до зйачения и соответствующего порам йииима ьного размера.

Из равенства для двух жидкостей иэ зависимости Кантора следует

6 ьв б ъ9

t) из которого (5)

Р 1О

Пример. В качестве материала и жид. кости для определения краевого угла смачивания выбрана спеченная бронза и вода, а в качестве эталонной жидкости — спирт. Краевой угол смачивания спиртом бронзы равен нулю.

Образец пропитывают спиртом. в вакууме . в течение 5 мин. Пропитанный образец по: мешают в специальное приспособление и снимают зависимость расхода газа через смоченный образец от давления. Образец вынимают из приспособления, сушат 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 ii/ìèí и Р мм вод. ст. Из начала координат проводят пучок прямых и фиксируют ординаты их точек пересечения с кривыФормула изобретенйя

Составитель С. Беловодченко

Редактор И. Шубина . Техред И.Асталош Корректор Я. Веселовская

Заказ 1130/44 Тираж 1019 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,, ул. Проектная, 4

5 ми вытеснения, а затем по формуле (5) расчитывают значение краевого угла смачивания.

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

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

Способ определения краевого угла смачивания жидкостью пористого тела, включающий пропитку образца эталонной жидкостью с последующей его сушкой и пропиткой исследуемой жидкостью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности опре728054 Б деления, последовательно пропускают газ под давлением, сначала через образец, пропитанный эталонной жидкостью, а затем исследуемой

-снимают зависимости расхода газа от давле. ния, определяют величины давлений, соответствующих раскрытию пор одного размера, а искомунгвеличину находят по формуле со — — т case о г где Pm Є— давления, соответствующие раскрытию пор одного размера;

6 6. — поверхностное натяжение эта!

5 лоннои и исследуемой жидкостей соответственно;

9 — краевой угол смачивания эталонной жидкости.

Источники информации, 20 принятые во внимание при экспертизе

1. Заявка ФРГ М 2116476, кл. 42 С 13/03, 1973.

2. Журнал "Заводсь.ая лаборатория" Р 2, с. 209 (прототип).