Краевой угол смачивания и шероховатость поверхности

При 0 = 0 имеет место абсолютная смачиваемость поверхности жидкостью, при 0 = =я — абсолютная несмачиваемость. Принято считать поверхность гидрофильной (смачиваемой), если данная жидкость образует на ней угол 0<п/2 при 0>я/2 поверхность считается гидрофобной. Жидкие щелочные металлы (при температурах, близких к температуре кипения при атмосферном давлении) и криогенные жидкости смачивают металлические поверхности почти абсолютно (краевой угол близок к нулю). Гидрофобными по отношению к воде и ряду других жидкостей являются парафин, фторопласт (тефлон). В табл. 1.18 приведены значения 0 для некоторых сочетаний жидкость — твердое вещество. Следует иметь в виду, что краевой угол смачивания весьма чувствителен к таким трудно контролируемым факторам, как шероховатость твердой поверхности, присутствие на ней или в жидкости посторонних примесей, особенно поверхностно-активных веществ. Увеличение шероховатости твердой новерхности увеличивает ее смачиваемость, т. е. снижает значение О [28]. Для отдельных сочетаний твердое тело — жидкость в определенном интервале температур наблюдается зависимость 6 от температуры. Так, согласно [18] для жидкого натрия на поверхности никеля (в атмосфере аргона) при /=200н-500°С краевой угол [c.86]

Реальные твердые поверхности, подвергающиеся радиоактивному загрязнению, энергетически и геометрически неоднородны. Энергетическая неоднородность вызвана неодинаковой удельной поверхностной энергией в различных точках одной и той же поверхности, а геометрическая — наличием выступов, выемов, тре-щрш, пор и других изъянов поверхности. Шероховатости и неровности поверхности с> щественно изменяют условия смачивания и адгезию жидкости, поскольку краевой угол на шероховатой поверхности 0д, меньше чем на гладкой. Краевые углы 0ш и 0 одной и той же жидкости на шероховатой и гладкой поверхности связаны соотношением [27] [c.184]

Таким образом, влияние шероховатости на адгезию жидкости можно учесть при помощи коэффициентов Ра и Ра. Влияние этих коэффициентов на краевой угол при смачивании шероховатой поверхности показано на рис. VII, 4 . На рисунке дана зависимость краевого угла на шероховатой поверхности от коэффициентов [c.218]

Для обеспечения максимальной водоупорности (водонепроницаемости) гидрофобизованных материалов необходимы большой краевой угол, образуемый водой с поверхностью водоотталкивающего покрытия, и шероховатость поверхности, обеспечивающей наибольший кажущийся угол смачивания не менее существенное значение имеет минимальная величина эффективного радиуса пор материала (или в случае текстильных тканей — их максимальная плотность). Во избежание понижения краевого угла необходимо также, чтобы водоотталкивающая пленка плохо впитывала в себя воду. [c.34]

В ряде случаев оказывается, что краевой угол зависит от порядка замещения фаз на твердой поверхности (статический, или порядковый, гистерезис смачивания). Очень часто краевой угол, измеренный для капли, не совпадает с краевым углом для пузырька. В настоящее время основными причинами статического гистерезиса считают загрязненность поверхности, шероховатость и физико-химическое взаимодействие фаз. [c.51]

Теоретически и экспериментально установлено, что для смачивающих жидкостей краевой угол на шероховатой поверхности уменьшается, а для несмачивающих — увеличивается. Аналогичная тенденция наблюдается при смачивании пористой поверхности. Если жидкость смачивает стенки пор, то в устье пор малых размеров угол смачивания равен нулю [55]. [c.13]

На перемещение жидкостей по твердым поверхностям влияет чистота их обработки и сопутствующая резанию вибрация детали и инструмента. В результате непрерывного появления на поверхности металла в процессе резания рисок и капилляров течение жидкости ускоряется. Наличие шероховатостей увеличивает краевой угол смачивания, если поверхность капли пересекается с плоскостью микрорельефа под углом более 90°, но уменьшает его, если этот угол меньше 90° [53]. Вибрация с ультразвуковой частотой способствует увеличению скорости движения жидкости по капиллярам в десятки раз [111]. [c.76]

Влияние шероховатости поверхности на краевой угол при смачивании ртутью монокристаллического сапфира характеризуется следующими данными [c.282]

Влияние пористости и шероховатости поверхности на смачивание ее расплавами металлов. Физико-химическое взаимодействие между контактирующими телами приводит к тому, чтд не всегда соблюдается условие (УП, 3), которое характеризует влияние шероховатости на смачивание. В связи с этим изучали смачивание расплавами металлов кварцевых и стеклянных шероховатых поверхностей, которые легко поддаются шлифовке и полировке . Влияние шероховатости на краевой угол можно характеризовать следующими данными [c.284]

При смачивании шероховатых поверхностей можно рассчитать краевой угол по формулам (УП, 11) — (УП, 14) и сопоставить эти расчеты с экспериментом. В результате этого сопоставления получены следующие данные [c.285]

Механич. обработка поверхностей с целью придания им шероховатости приводит к повышению адгезионной прочности соединения, если клей полностью заполняет образовавшиеся при шероховании поры. Увеличение шероховатости поверхности, краевой угол смачивания к-рой клеем превышает 90°, не дает желаемого результата, т. к. капиллярное давление имеет в этом случае отрицательное значение, и клей не заполняет поры. Повышение адгезионной прочности соединения при механич. обработке гетерофазных материалов (напр., стеклопластиков) м. б. связано с выходом на поверхность более полярной фазы (когезионная прочность последней также выше, чем у связующего). [c.206]

Уточнение термодинамической трактовки реальных кристаллических поверхностей может быть достигнуто путем учета линейной энергии ребер. Еще Гиббс обратил внимание на необходимость существования линейного натяжения трехфазных границ контакта, могущего иметь как положительное, так и отрицательное значение. Эта идея была развита в фундаментальных работах Шелудко [5], показавшего роль линейного натяжения в процессах образования двухфазных контактов при смачивании, прилипании пузырьков и гетерогенной нуклеации, например при электрокристаллизации. Из соответствующих наблюдений оказалось возможным определить величину и знак линейного натяжения. Теория линейного натяжения на периметре смачивания была развита в работах [6, 7]. Для реальных тел формула, выражающая влияние шероховатости подложки на краевой угол, была предложена Венцелем [8] и более строго обоснована одним из нас [9]. [c.8]

Существенное значение имеет чистота поверхности исследуемо-, го образца, поскольку загрязнения, чаще всего органического происхождения, изменяют физико-химические свойства поверхности (краевой угол смачивания, поверхностную энергию, шероховатость) [39-41]. [c.102]

Смачивание с учетом профиля поверхности. Влияние шероховатости на краевой угол отражено в формуле (УП, 3) несколько формально. Эта формальность заложена в самом понятии о величине Ra- Напомним, что Ra есть отношение фактической площади контакта капли к номинальной площади контакта. Фактическая площадь контакта капли с шероховатой поверхностью зависит от высоты и ширины основания выступов поверхности, их частоты и других величин, определяющих истинный профиль твердого тела. В связи с этим рассмотрим особенности смачивания с учетом фактического профиля поверхности. [c.215]

Временная зависимость смачивания объясняется наличием гистерезиса вследствие шероховатости поверхности, пропитки субстрата и др. В работах В. Е. Гуля с сотр. показано, что это тесно связано с микрореологией формирования клеевого шва [4, с. 127]. В [37] на примере оксидированного алюминия показано, что растекание— процесс трехстадийный жидкий полимер сначала растекается по гладкой поверхности, потом происходит захлопывание пор, а затем затекание в поры. Скорость растекания определяется глубиной пор анодной пленки, а не числом пор на единице поверхности. Краевой угол смачивания глицерином и клеями древесины разных пород изменяется в течение 60 сут [38]. Медленнее этот процесс протекает на древесине смолистых пород, особенно лиственницы. [c.14]

Увеличение степени шероховатости поверхности, краевой угол смачивания которой клеем >я/2 рад, не дает желаемого результата [174, с. 108], так как в этом случае клей не заполняет имеющиеся на поверхности поры. [c.209]

Эффект гистерезиса объясняют также шероховатостью поверхности. Краевой угол смачивания на таких поверхностях и порошках 0i всегда несколько отличается по величине от 0 на гладкой поверхности тех же материалов фактор микроскопической шероховатости V = os Oj/ os 0 составляет 1,5—2 для шлифованной поверхности [65]. Задержку смачивания порошковых материалов называют дисперсионным гистерезисом [75]. При одновременном присутствии двух не смешивающихся друг с другом жидкостей смачивать твердое тело будет та из них, у которой разность полярностей с ним будет меньшей. Такая жидкость обладает большим избирательным смачиванием (П. А. Ребиндер). [c.114]

Растекание расплавов по поверхностям с одновременным образованием шероховатостей. Более сложный случай смачивания расплавами имеет место, когда растекание происходит на шероховатой поверхности с одновременной диффузией между контактирующими телами и возникновением вторичной шероховатости в результате смачивания. Этот случай имеет место при растекании ртути на поверхности цинка различной шероховатости . На цинковой поверхности 9-го класса чистоты капля ртути имеет краевой угол, равный 7°. Вокруг контура этой капли по закону диффузии растет пятно, радиус которого с течением времени изменяется следующим образом Гк л т - . Если шероховатость поверхности будет 6-го класса, то капля ртути растекается радиус площади контакта в этих условиях равен г = [c.286]

При склеивании шероховатых поверхностей на прочность соединения влияют размеры и форма шероховатостей. Заполнение шероховатостей клеем [10] (рис. 2.16) обусловлено их формой, которая может быть цилиндрической, трапециевидной, конусообразной или круглой. Решающее значение имеют краевой угол смачивания 0 и угол наклона поверхностной шероховатости (стенки капилляра) Ч . Если 0-Ь Р = 180°, то капиллярное давление положительно, происходит смачивание, и клей достаточно прочно закрепляется в шероховатостях. Капиллярное давление можно рассчитать по уравнению [c.60]

Механическая обработка склеиваемых поверхностей с целью придания им шероховатости приводит к увеличению прочности соединения только в том случае, если краевой угол смачивания менее 90, так как в противном случае клей не заполняет образующиеся поры. Немалое влияние на склеивание оказывает микроструктура склеиваемых поверхностей например, аморфные термопласты склеиваются легче, чем кристаллические. [c.46]

При смачивании шероховатой поверхности в уравнение (IV. 1) вместо угла 0о нужно вводить равновесный краевой угол 9ш, определяемый уравнением (П.6), а при смачивании неоднородных твердых тел — угол 0г [см. уравнение (П. 8)]. [c.119]

Это же следует и из приведенной формулы. Чтобы при бесконечно малом радиусе в момент зарождения мог образоваться пузырек газа, начальное его давление должно быть бесконечно большим. Поэтому в расплавах газы накопляются и задерживаются только в закрытых порах или на поверхности частиц твердых фаз, каковыми могут быть нерастворившиеся минералы. Чем слабее эти частицы смачиваются, тем лучше будут условия для образования и накопления пузырьков. При совершенной смачиваемости твердых частиц расплавом размер пор сокращается и активными окажутся лишь те из них, радиус которых выше критического. В этой связи важное значение имеет также характер поверхности зерен. Шероховатая поверхность, изменяя краевой угол смачивания в сторону его уменьшения, способствует более интенсивному накоплению и сохранению газа в закрытых порах. Чем выше частота и больше центров образования пузырьков газа в единицу времени, тем выше может быть эффект вспучивания, если будут созданы условия для роста газовых пузырьков. Рост же газовых пузырьков в следующие моменты после их возникновения зависит от продолжающегося выделения и накопления газов, развиваемого ими давления, температуры и свойств расплава. При большом давлении газа в закрытых порах и малых значениях вязкости и поверхностного натяжения может произойти разрыв стенок между порами и газы выйдут наружу. Вспучивание будет опти- [c.75]

Существенным недостатком исследований, в данной области являлось то, что авторы выясняли влияние материалов на гидродинамику и маооопередачу (теплопередачу) без учета физических констант контактных устройств (тарелки, насадки) [I, 2, 7], либо изучали физические константы (шероховатость, твердость материала, краевой угол смачивания твердой поверхности жидкостью), не связывая их с работой маюсообменных аппаратов [3—10]. [c.96]

С увеличением времени просасывания воздуха, т. е. с ростом шероховатости бумаги, смачивание гидрофобной бумаги улучшается (краевой угол снижается). На твердых поверхностях наблюдается обратная закономерность (см. 32). Шероховатая бумага имеет волнистую структуру и содержит большое количество пор в виде капилляров, которые определяют растекание воды и смачивание ею бумаги. [c.359]

Нанесение жидких адгезивов на поверхность определяется общими закономерностями пропитки пористых и дисперсных тел [191]. Смачивание обусловлено шероховатостью поверхности и краевой угол 0 на реальной твердой поверхности определяется соотношением Венцеля - Дерягина os 0 = А" os 9, где К - коэффициент шероховатости, т.е. отношение истинной площади поверхности к кажущейся. Поскольку К > 1, растекание может происходить даже при 0 > 0. [c.69]

Переход от ограниченного смачивания на гладкой поверхности к полному растеканию на достаточно шероховатой поверхности также наблюдался экспериментально. Например, смазочные масла и жирные кислоты на полированной стали образуют конечный краевой угол, а на шероховатой поверхности эти жидкости неограниченно растекаются [46]. Жидкое серебро при 1200 °С в атмо сфере водорода не растекается по полированному железу, но растекается при достаточно большой шероховатости подложки [72]. Ртуть на гладкой поверхности поликристаллического цинка (10 класс чистоты) образует острый краевой угол а на [c.56]

Количественные расхождения между экспериментальными и расчетными значениями краевых углов не исчерпывают ограничений в использовании термодинамического метода. Часто встречаются такие случаи, когда изменение шероховатости влияет на краевые углы в диаметрально противоположном направлении, чем это следует из уравнения (II. 6) или из указанных выше неравенств. Например, жидкий сплав олова с титаном на полированной поверхности кварца образует краевой угол 50,5°, а на шлифованной поверхности краевой угол оказывается больше (69°) [3]. При увеличении высоты микровыступов заметно ухудшается смачивание меди ртутью (в несколько раз сокращается смоченная площадь при одинаковом объеме капли) [74]. Подобные расхождения, обусловленные гистерезисом смачивания (ряд примеров приведен ниже), стимулировали развитие теорий, в которых наряду с коэффициентом шероховатости учитываются также форма и расположение отдельных микронеровностей. [c.58]

На некоторых металлах (свинец, олово, кадмий) рассмотренная картина растекания ртути наблюдается и на гладкой (полированной), и на шероховатой поверхностях [238]. На золоте и цинке полное смачивание имеет место только на достаточно шероховатой поверхности [241, 242], а на гладкой поверхности капля ртути образует конечный краевой угол. Далее ртуть может рас- [c.128]

В работе [3] показано, что степень шероховатости подложки несущественно сказывается на величине краевого угла смачивания, если средняя высота неровностей рельефа находится в пределах 0,01—0,2 мкм. Поэтому в данной работе достигалась такая чистота поверхности смачиваемого материала, при которой влиянием ее неровностей можно пренебречь. Пластины, ишользуемые в качестве подложки, полировали до чистоты поверхности У9—10, промывали в спирте и п рокал Ивали три температуре 700—900°С. Краевой угол измеряли в интервале температур от плавления меди до перегрева капли на 300°С. [c.140]

Следует отметить, что экспериментально определить истинное значение краевого угла смачивания достаточно трудно, а иногда и невозможно. Это связано с тем, что смачивание поверхности сильно зависит даже от следов загрязнений. Смачивание резко изменяется уже при образовании моно-молекулярного слоя, между тем установлено, что толщина граничного слоя воды, например на стекле, достигает 100А и с трудом удаляется даже при нагревании в вакууме при 400-500°С /56/. Больщинство веществ, в том числе металлы, хорошо окисляются даже при контакте с воздухом, и образующиеся окислы резко меняют смачиваемость. На смачивание влияет также шероховатость поверхности, усиливая соответствующую фильность последней. На краевой угол смачивания влияют условия образования поверхности. Так, краевой угол смачивания водой поверхности стеариновой кислоты составляет при охлаждении расплава кислоты в воздухе 85 , тогда как при охлаждении на стекле лишь 47°. На основании всех этих особенностей даже утверждается /43/, что прогноз парафиностойкости поверхности с позиций обычных методов оценки фильности невозможен. [c.101]

Приведенный расчет справедлив для шаровидного зародыша, который образуется в объеме раствора или на поверхности электрода при полном его смачивании жидким электролитом, когда краевой угол смачивания а 0 (рис. 15.1, а). Если смачивание неполное (рис. 15.1,6), то из-за уменьшения контактной поверхности электрод/электролит работа образования зародыша заметно уменьшается. Она уменьшается также, если на поверхности имеются шероховатости, микротрещины и т. д. Таким образом, уравнение (15.8) выражает тол1.ко преле.п.но возможное значение [работы [c.299]

Особенности смачивания шероховатых поверхностей. Смачивание шероховатых поверхностей цо сравнению с гладкими имеет ряд особенностей 46i-465 особенности проявляются в изменении на шероховатых поверхностях основных показателей, характеризующих адгезию и смачивание, к числу которых относятся краевой угол, работа адгезии и критическое поверхностное натяжение. Причиной изменения указанных показателей является наличие выступов на шероховатой поверхности и отличие площади контакта жидкости на шероховатой поверхности по сравнению с гладкой [c.212]

На кривой 1 дана зависимость 0 от коэффициента / д. Точка пересечения кривых 1 м. V соответствует переходу от состояния полного заполнения жидкостью выемов шерохо атой поверхности к частичному. Сравнение кривых 1 1 дает представление о влиянии коэффициентов / д и / д на краевой угол при смачивании шероховатой поверхности 0 . [c.219]

Большинство огнеупоров на границе с металлическим расплавом имеет краевой угол смачивания 0>9О°. По А. С. Бережному, углы смачивания расплавом чистого железа магнезитовой футеровки имеют следующие значения для неошлакованной поверхности 0 = 120°, для шероховатой О = 152 160°, для гладкой 6 = 124- 137°. [c.134]

При анализе смачивания пористых поверхностей целесообразно также проводить сопоставление со смачиванием шероховатых поверхностей. Действительно, из уравнений (11.10) и (11.11) следует, что при хорошем смачивании увеличение пористости приводит к уменьшению равновесного краевого угла, а при плохом— к его увеличению. Таким образом, изменение пористости влияет на равновесный макрокраевой угол так же, как изменение коэффициента шероховатости [если размер микронеровностей достаточно мал и выполняется соотношение (11.6)]. Это сходство обусловлено следующей причиной. При хорошем смачивании жидкость заполняет поры. При этом объем капли на поверхности уменьшается и в результате макрокраевой угол уменьшается. По той же причине (вытекание смачивающей жидкости из капли по [c.71]

Следует отметить, что большая шероховатость или пористость твердой поверхности может вследствие гистерезиса привести к значительному понижению смачиваемости даже в случае гидрофильных поверхностей, т. е. когда истинный краевой угол меньше 90°. Хорошо известно, что капли дождя не сразу смачивают дорожную пыль, несмотря на то, что она является продуктом естественного диспергирования резко гидрофильных пород. Несмачиваемость водой торфа, представляющего собой высокогидрофильное вещество [43, 44], также объясняется его пористой структурой. Данные явления объясняются тем, что увеличение пористости поверхности, т. е. угла р, приводит к увеличению количества находящегося на ней воздуха и к более прочному удерживанию адсорбированной воздушной пленки, что обусловливает высокие значения гистерезиса смачивания. В данном случае уравнение (24) можно заменить двумя неравенствами [c.29]

Пылеудержанию способствуют шероховатость, твердость и липкость поверхности, ее гидрофильность и полярность, склонность к электризации. Твердые частицы удерживаются на гладкой поверхности, если скорость движения воздуха не превышает 4 м/с [31, с. 152]. Сила притяжения част1 ц пыли возрастает с уменьшением их диаметра. Так, частицы диаметром 80 мкм притягиваются с силой, примерно равной их весу, для отрыва же частицы диаметром 1 мкм требуется усилие, в тысячу раз больше ее веса. Особенно быстро загрязняются покрытия, полученные с применением гидрофильных пленкообразователей чем меньше краевой угол смачивания покрытия водой, тем больше пылеудержание (рис. 4.14). [c.92]

Смачивание бумаги зависит от шероховатости ее поверхности. Ш1ияние шероховатости проклеенной бумаги на краевой угол характеризуется следующими данными (шероховатость определяли по времени просасывания фиксированного объема воздуха между двумя листами бумаги — чем больше время просасывания воздуха, тем значительнее шероховатость бумаги) [c.359]

Рассмотренные законпме Ност смачивания выполняются на всех поверхностях жидкостей только на идеально гладких и однородных поверхностях твердых тел. На поверхности реальных твердых тел обязательно имеются шероховатости, неоднородности, поры, трещины и т. д., которые влияют на краевой угол и затрудняют определение равновесных краевых углов. Отклонения статических краевых углов от равновесных значений характеризуются гистерезисом смачивания, анализ которого позволяет вскрыть его причины. Эти причины могут быть различными загрязнение поверхности твердых тел, протекаю- цие процессы испарения, растворения, адсорбции и т. л. [c.87]

Таким образом, при растекании жидкости перпендикулярно направлению микронеровностей макрокраевой угол зависит от крутизны наклона различных участков твердой поверхности. В результате возникают принципиальные отличия смачивания шероховатых твердых поверхностей по сравнению с идеально гладкими. Прежде всего, наличие шероховатостей приводит к появлению состояний метастабильного равновесия системы. Соответственно статические краевые углы могут существенно отличаться от равновесного краевого угла. Вместе с тем макрокраевые углы на шероховатой поверхности зависят от направления течения жидкости, поскольку положение линии смачивания в состояниях метастабильного равновесия различно при натекании и оттекании. Следовательно, шероховатость представляет одну из основных причин гистерезиса смачивания [75, 76]. Характерно в связи с этим, что при смачивании жидкостей (например, ртути) гистерезис краевых углов практически отсутствует. [c.60]

Пусть краевой угол формируется в условиях натекания. Тогда периметр смачивания должен периодически подниматься по одной стороне очередного выступа, а затем спускаться по противоположной. Периметр смачивания сможет перевалить через вершину, если угол 0ш между поверхностью жидкости и внешним склоном выступа больше равновесного краевого угла 0о (на гладкой поверхности). При 0ш С 00 дальнейшее перемещение периметра смачивания задержится. Тогда макрокраевой угол натекания на шероховатой поверхности будет больше, чем на гладкой, как при смачивании (0о<9О°), так и при несмачивании (0о>9О°). При постоянном значении средней крутизны микрорельефа ср макрокраевой угол [c.62]

Поверхность образцов была тщательно отполирована — размеры микронеровностей были менее 1 мкм. Оказалось, что вблизи периметра смачивания имеются отдельные микроканавки, заполненные жидкостью на других участках формируется конечный краевой угол [83]. В другой работе измерялись краевые углы воды на тонких слоях фталоцианида меди, нанесенных на стеклянные пластинки. Шероховатость поверхности определялась с помощью сканирующего электронного микроскопа. С увеличением шероховатости краевые углы натекания несколько увеличивались, а крае-Г1ые углы оттекания весьма сильно уменьшались [84]. Задержка периметра смачивания возле микровыступов наблюдалась при электронно-микроскопическом исследовании растекания ртути по меди [74]. [c.64]