Przegląd Mechaniczny 12/2014

Vision Technologies model Stingray, która w po∏àczeniu
z obiektywem MACRO umo˝liwi∏a precyzyjnà
kontrol´ nanoszenia kropli i rejestracj´ jej kszta∏tu
do pomiarów kàta. Pomiar kàta zwil˝ania oparty na
uzyskanym obrazie kropli dokonywany by∏ automatycznie,
korekty by∏y nanoszone jedynie wtedy, gdy
program b∏´dnie rozpozna∏ poziomà lini´ kontaktu
kropli z powierzchnià.
Fowkesa, Owensa-Wendta oraz Wu. Dla ka˝dej cieczy
wykonano w danej temperaturze po m.in. 8 pomiarów
w ró˝nych miejscach na powierzchni próbki. Schemat
pomiaru kàta zwil˝ania θ wraz z rozk∏adem wektorów
napi´cia powierzchniowego na granicy trzech faz
w stanie równowagi przedstawiono na rys. 2.
Cieczami pomiarowymi do pomiaru kàta zwil˝ania
by∏a woda destylowana i dijodometan (CH 2
I 2
). Najwa˝niejsze
parametry wybranych cieczy pomiarowych
przedstawiono w tab. I.
TABELA I. Parametry cieczy do pomiaru kàta zwil˝ania [6]
woda
destylowana
dijodometan
kolor bezbarwna bezbarwna
temperatura wrzenia 100°C 181°C
g´stoÊç 1 g/cm 3 3,325 g/cm 3
napi´cie mi´dzyfazowe 72,8 mN/m 50,8 mN/m
sk∏adowa dyspersyjna 21,8 mN/m 50,8 mN/m
sk∏adowa polarna 51 mN/m -
lepkoÊç 1 mPa·s 2,762 mPa·s
UWAGI -
fotoaktywna
– wytràca si´ jod
Plan badaƒ obejmowa∏ pomiary kàta zwil˝ania
w temperaturze otoczenia oraz w temperaturze podwy˝szonej.
Z uwagi na temperatur´ wrzenia wody,
maksymalnà temperatur´ przy badaniu przyj´to na
poziomie 80°C, ponadto zaplanowano pomiary, obok
analizy w temperaturze otoczenia tak˝e w temperaturach
40°C, 60°C. Taki dobór mia∏ na celu mo˝liwoÊç
skorelowania pomiarów wykonanych dwiema cieczami
w celu wyznaczenia energii powierzchniowej
(wymagane pomiary dwiema ró˝nymi cieczami).
Pomiary wykonywane z u˝yciem dijodometanu, ze
wzgl´du na wy˝szà temperatur´ wrzenia rozszerzono
o temperatur´ 100°C i 120°C, jednak nie mog∏y
one pos∏u˝yç do wyznaczania energii powierzchniowej
z podzia∏em na sk∏adowe. Wykorzystano je
jednak w analizie równania stanu – do wyznaczenia
ca∏kowitej energii powierzchniowej.
Próbki umieszczano w komorze cieplnej i nagrzewano
przez 5 minut. Ma∏y rozmiar próbki gwarantowa∏
nagrzanie jej przez ten czas do za∏o˝onej
temperatury w ca∏ej obj´toÊci [16]. W celu niedopuszczenia
do ogrzania cieczy pomiarowej przed
pomiarem ig∏´ wprowadzano do komory jedynie
na czas pomiaru przez otwór w górnej pokrywie
komory i wysuwano tu˝ po aplikacji kropli, zas∏aniajàc
jednoczeÊnie otwór wejÊciowy. Obj´toÊç nak∏adanej
kropli wynosi∏a ok. 4 µl, pr´dkoÊç nak∏adania
150 µl/min. Pomiaru kàta zwil˝ania dokonywano
po 1 sekundzie od wycofania ig∏y z na∏o˝onej
kropli, w celu ustabilizowania jej kszta∏tu. Mierzono
jednoczeÊnie kàt dynamiczny przez 15 sekund,
wykonujàc 1 pomiar co pó∏ sekundy. Energi´ powierzchniowà
wyznaczano za pomocà trzech metod:
Rys. 2. Pomiar kàta zwil˝ania θ
Wyniki i analiza pomiarów
W tab. II podano Êrednie wartoÊci kàtów zwil˝ania,
jakie krople wykonane dwiema ró˝nymi cieczami
pomiarowymi tworzy∏y z powierzchnià przygotowanej
próbki stalowej S235JR, w zale˝noÊci od temperatury
powierzchni próbki.
TABELA II. UÊrednione wyniki pomiarów kàta zwil˝ania
dwiema cieczami pomiarowymi
dijodometan
temp. 20°C 40°C 60°C 80°C 100°C 120°C
Êrednia 48,48° 43,06° 42,80° 42,67° 40,61° 39,91°
odchylenie 2,13° 2,95° 4,58° 3,17° 5,35° 3,96°
woda
temp. 20°C 40°C 60°C 80°C
Êrednia 71,87° 69,13° 68,94° 61,36°
odchylenie 1,66° 2,29° 6,02° 5,75°
Przy wykorzystaniu oprogramowania Krüss Drop
Shape Analysis Software wykonano obliczenia energii
powierzchniowej i pracy adhezji. Na rys. 3 przedstawiono
oszacowanà ca∏kowità energi´ powierzchniowà
próbki w zakresie do 120°C na podstawie wyni-
Rys. 3. Energia powierzchniowa stali S235JR wyznaczona
równaniem stanu z wykorzystaniem pomiarów kàta zwil˝ania
dijodometanem (CH 2
I 2
)
50 ROK WYD. LXXIII ZESZYT 12/2014