RU2244288C1 - Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles - Google Patents

Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles Download PDF

Info

Publication number
RU2244288C1
RU2244288C1 RU2004109713/28A RU2004109713A RU2244288C1 RU 2244288 C1 RU2244288 C1 RU 2244288C1 RU 2004109713/28 A RU2004109713/28 A RU 2004109713/28A RU 2004109713 A RU2004109713 A RU 2004109713A RU 2244288 C1 RU2244288 C1 RU 2244288C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
liquid
plate
surface tension
weighing device
readings
Prior art date
Application number
RU2004109713/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.И. Киселёв (RU)
В.И. Киселёв
В.И. Соколов (RU)
В.И. Соколов
С.И. Шалгунов (RU)
С.И. Шалгунов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Стеклопластик"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Стеклопластик" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Стеклопластик"
Priority to RU2004109713/28A priority Critical patent/RU2244288C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2244288C1 publication Critical patent/RU2244288C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

FIELD: chemical, paint-and-varnish and food-processing industries.
SUBSTANCE: proposed method includes pumping liquid through two similar capillaries made in form of circular passages of different length, determination of volumetric flow of this liquid and pressure differential at capillary ends and viscosity and yield point.
EFFECT: enhanced accuracy of measurements; facilitated procedure of determination of viscosity and yield point.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может найти применение в различных отраслях промышленности, например в химической, лакокрасочной и пищевой.The invention relates to the field of measuring equipment and may find application in various industries, for example, in the chemical, paint and varnish and food industries.

Поверхностное натяжение жидкости и краевые углы смачивания - важнейшие показатели, характеризующие процессы и явления, происходящие на границе раздела жидкость - твердое тело - газ.The surface tension of the liquid and the contact angles of wetting are the most important indicators characterizing the processes and phenomena occurring at the interface between liquid - solid - gas.

Известен способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости и статического краевого угла смачивания твердой поверхности по методу “лежачей” капли (А.Д.Зимон. Адгезия жидкостей и смачивание. М., Химия, 1974, с.52-55), заключающийся в определении формы и размеров капли, лежащей на пластине, с помощью оптических систем, например микроскопа.There is a method of determining the coefficient of surface tension of a liquid and the static contact angle of wetting of a solid surface by the method of “lying” drops (AD Zimon. Adhesion of liquids and wetting. M., Chemistry, 1974, S. 52-55), which consists in determining the shape and the size of the droplet lying on the plate, using optical systems, such as a microscope.

Главным недостатком метода “лежачей” капли является трудность точного определения параметров капли, и, следовательно, невысокая точность метода. Кроме того, указанный метод не позволяет определить динамические краевые углы смачивания твердой поверхности движущейся жидкостью.The main disadvantage of the “lying” drop method is the difficulty in accurately determining the parameters of the drop, and, consequently, the low accuracy of the method. In addition, this method does not allow to determine the dynamic contact angles of wetting a solid surface with a moving fluid.

Известен способ определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости (Поверхностные явления и поверхностно-активные ввещества. Справочник под ред. А.А.Абрамова. Л., Химия, 1984, с.167-168), включающий измерение силы отрыва кольца от исследуемой жидкости. Однако данный метод не позволяет определить краевые углы смачивания.A known method for determining the coefficient of surface tension of a liquid (Surface phenomena and surface-active substances. Handbook edited by A.A. Abramov. L., Chemistry, 1984, s.167-168), including measuring the force of separation of the ring from the investigated fluid. However, this method does not allow to determine the contact angles of wetting.

Известен способ определения динамического краевого угла смачивания (Б.В.Дерягин, Н.В.Чураев. Смачивающие пленки. М., Наука, 1984, с.93-95), базирующийся на расчете указанного угла с помощью данных по скорости перемещения мениска жидкости, фиксируемой с помощью оптических средств, в капилляре под воздействием перепада давления и капиллярных сил.A known method for determining the dynamic contact angle of wetting (B.V. Deryagin, N.V. Churaev. Wetting films. M., Nauka, 1984, pp. 93-95), based on the calculation of the specified angle using data on the velocity of the meniscus of the fluid fixed by optical means in the capillary under the influence of pressure drop and capillary forces.

К недостаткам данного способа следует отнести очень жесткие требования к постоянству внутреннего радиуса трубки и однородности внутренней поверхности.The disadvantages of this method include very stringent requirements for the constancy of the inner radius of the tube and the uniformity of the inner surface.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является способ определения поверхностного натяжения жидкостей методом прямого взвешивания (патент РФ №2154265, кл. G 01 N 13/02, 1998 г. - прототип), включающий взвешивание эталонного тела в воздухе, погружение наполовину и при полном погружении в исследуемую жидкость и вычислении коэффициента поверхностного натяжения жидкости.Closest to the proposed technical essence is a method for determining the surface tension of liquids by direct weighing (RF patent No. 2154265, class G 01 N 13/02, 1998 - prototype), including weighing the reference body in air, immersion in half and full immersion in the test fluid and calculating the surface tension coefficient of the fluid.

К недостаткам способа можно отнести то, что он применим только к жидкостям, полностью смачивающим данную поверхность, то есть имеющим статистический краевой угол смачивания θст=0. Кроме того, данный способ не позволяет определить динамический краевой угол смачивания, то есть в случае перемещения жидкости относительно твердой поверхности.The disadvantages of the method include the fact that it is applicable only to liquids that completely wet the surface, that is, having a statistical contact angle θ article = 0. In addition, this method does not allow to determine the dynamic contact angle, that is, in the case of fluid movement relative to a solid surface.

Технический результат изобретения состоит в возможности раздельного определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости и статического и динамического краевых углов смачивания твердой поверхности в процессе одного цикла измерений и повышение точности измерения указанных характеристик.The technical result of the invention consists in the possibility of separately determining the coefficient of surface tension of the liquid and the static and dynamic contact angles of wetting of the solid surface during one measurement cycle and improving the accuracy of measurement of these characteristics.

Этот результат достигается за счет того, что в способе измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости и статического н динамического краевых углов смачивания, включающем взвешивание исследуемого материала в воздухе и в исследуемой жидкости с последующим вычислением коэффициента поверхностного натяжения жидкости, при этом к пластине из исследуемого материала в нижней ее части прикрепляют два уса длиной 1-2 мм, причем они направлены вертикально вниз, затем пластину очищают от загрязнения, и после взвешивания пластины в воздухе проводят ряд взвешиваний: а) в момент касания исследуемой пластины с жидкостью;This result is achieved due to the fact that in the method of measuring the coefficient of surface tension of a liquid and static and dynamic contact angles of contact, including weighing the test material in air and in the test liquid, followed by calculating the coefficient of surface tension of the liquid, with the plate of the test material in the lower its parts attach two mustaches 1-2 mm long, and they are directed vertically downwards, then the plate is cleaned of contamination, and after weighing the plate into the air number of weighings carried out: a) in the moment of contact with the liquid under investigation plate;

в) в момент, предшествующий разрыву пленки жидкости, при опускании кюветы с жидкостью с минимальной скоростью; с) в момент прохождения мениска жидкости в середине пластины, при подъеме кюветы с жидкостью с постоянно заданной скоростью; и d) непосредственно перед полным погружением пластины в жидкость, при этом коэффициент поверхностного натяжения жидкости определяют по формуле:c) at the moment preceding the rupture of the liquid film, when lowering the cell with the liquid at a minimum speed; c) at the time of passage of the meniscus of fluid in the middle of the plate, when lifting the cuvette with fluid at a constantly given speed; and d) immediately before the plate is completely immersed in the liquid, wherein the surface tension coefficient of the liquid is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

статический краевой угол смачивания рассчитывают из соотношения:the static contact angle is calculated from the ratio:

Figure 00000003
Figure 00000003

а динамический краевой угол смачивания - с помощью формулы:and dynamic contact angle - using the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где А - ширина пластины; В - толщина пластины;where A is the width of the plate; B is the plate thickness;

G0 - показание взвешивающего устройства при взвешивании пластины в воздухе;G 0 - the reading of the weighing device when weighing the plate in air;

G1 - показание взвешивающего устройства в момент касания исследуемой пластины с жидкостью;G 1 - the indication of the weighing device at the moment of contact of the test plate with liquid;

G2 - показание взвешивающего устройства в момент, предшествующий разрыву пленки жидкости;G 2 - the indication of the weighing device at the time preceding the rupture of the liquid film;

G3 - показание взвешивающего устройства в момент прохождения мениска жидкости в середине пластины;G 3 - the indication of the weighing device at the time of passage of the meniscus of fluid in the middle of the plate;

G4 - показание взвешивающего устройства непосредственно перед полным погружением пластины в жидкость.G 4 - the reading of the weighing device immediately before the complete immersion of the plate in the liquid.

На фиг.1 представлена схема прибора для реализации предлагаемого способа измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости и статического и динамического краевых углов смачивания твердой поверхности, где 1 - блок управления двигателя; 2 - электродвигатель; 3 - блок кинематики; 4 - термостатируемая ячейка; 5 - взвешивающее устройство; 6 - штатив; 7 - электронный блок усиления и преобразования сигнала; 8 - блок регистрации показаний взвешивающего устройства.Figure 1 presents a diagram of a device for implementing the proposed method for measuring the surface tension coefficient of a liquid and static and dynamic contact angles of wetting of a solid surface, where 1 is an engine control unit; 2 - electric motor; 3 - block kinematics; 4 - thermostatic cell; 5 - weighing device; 6 - a tripod; 7 - electronic block amplification and signal conversion; 8 - unit for recording readings of the weighing device.

На фиг.2 представлена временная диаграмма показаний блока регистрации прибора для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости и статического и динамического краевых углов смачивания твердой поверхности: τ - время; G - показание блока регистрации взвешивающего устройства.Figure 2 presents the timing diagram of the readings of the registration unit of the device for determining the coefficient of surface tension of the liquid and the static and dynamic contact angles of wetting of a solid surface: τ - time; G is the reading of the registration unit of the weighing device.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is as follows.

Пластину из исследуемого материала предварительно подготавливают. Для этого к боковым торцам пластины прикрепляют два уса, благодаря которым при извлечении пластины из жидкости на нижнем торце образуется пленка жидкости. Усы направляют вертикально вниз, чтобы ширина образующейся пленки жидкости была равна ширине пластины. Для проведения измерений достаточно длины усов 1-2 мм. После этого пластину тщательно очищают, так как загрязнения могут внести значительную погрешность в измерении не только краевого угла, но и поверхностного натяжения. Затем на площадку устанавливают кювету с исследуемой жидкостью. Жидкость термостатируется с помощью соответствующих средств (на фиг.1 не показаны). К взвешивающему устройству подвешивают пластину из испытуемого материала, производят взвешивание пластины в воздухе и фиксируют первое показание G0. После этого с помощью приводного механизма перемещения кювету с минимальной скоростью поднимают вверх до касания пластины с жидкостью. Перемещение прекращают и производят замер показания G1. Включают приводной механизм и с минимальной скоростью опускают кювету с жидкостью. В момент, предшествующий разрыву пленки жидкости, фиксируют показание взвешивающего устройства - G2. С помощью задатчика скорости устанавливают нужную скорость подъема кюветы. Включают механизм подъема кюветы с жидкостью. При прохождении мениска жидкости, в середине пластины производят фиксацию показания взвешивающего устройства - G3. Непосредственно перед полным погружением пластины в жидкость производят фиксирование последнего показания взвешивающего устройства - G4.A plate of the test material is pre-prepared. For this, two whiskers are attached to the lateral ends of the plate, due to which a liquid film is formed at the lower end when the plate is removed from the liquid. The mustache is directed vertically downwards so that the width of the resulting liquid film is equal to the width of the plate. For measurements, a length of 1-2 mm is sufficient. After that, the plate is thoroughly cleaned, since contamination can introduce a significant error in the measurement of not only the contact angle, but also the surface tension. Then, a cuvette with the test liquid is installed on the site. The liquid is thermostatically controlled by appropriate means (not shown in FIG. 1). A plate of the test material is suspended from the weighing device, the plate is weighed in air and the first reading G 0 is recorded. After that, using the drive mechanism for moving the cuvette with a minimum speed, they are lifted up until the plate touches the liquid. The movement is stopped and the readings G 1 are measured. The drive mechanism is turned on and the cell with liquid is lowered with a minimum speed. At the moment preceding the rupture of the liquid film, the reading of the weighing device is recorded - G 2 . With the help of a speed dial, the desired lifting speed of the cell is set. Turn on the mechanism for lifting the cell with the liquid. When passing the meniscus of the liquid, in the middle of the plate, the readings of the weighing device are fixed - G 3 . Just before the plate is completely immersed in the liquid, the last reading of the weighing device, G 4, is recorded.

Claims (1)

Способ измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости и статического и динамического краевых углов смачивания, включающий взвешивание исследуемого материала в воздухе и в исследуемой жидкости с последующим вычислением коэффициента поверхностного натяжения жидкости, отличающийся тем, что к пластине из исследуемого материала в нижней ее части прикрепляют два уса 1-2 мм, причем они направлены вертикально вниз, затем пластину очищают от загрязнения, и после взвешивания пластины в воздухе проводят ряд взвешиваний: а) в момент касания исследуемой пластины с жидкостью; в) в момент, предшествующий разрыву пленки жидкости, при опускании кюветы с жидкостью с минимальной скоростью; с) в момент прохождения мениска жидкости середины пластины при подъеме кюветы с жидкостью с постоянно заданной скоростью; и d) непосредственно перед полным погружением пластины в жидкость, при этом коэффициент поверхностного натяжения жидкости определяют по формуле:A method of measuring the coefficient of surface tension of a liquid and static and dynamic contact angles of contact, comprising weighing the test material in air and in the test fluid, followed by calculating the coefficient of surface tension of the liquid, characterized in that two whiskers 1- are attached to the plate of the test material in its lower part 2 mm, and they are directed vertically downwards, then the plate is cleaned of contamination, and after weighing the plate in air, a number of weighings are carried out: a) at the moment of the study of the test plate with liquid; c) at the moment preceding the rupture of the liquid film, when lowering the cell with the liquid at a minimum speed; c) at the moment of passage of the meniscus of the liquid in the middle of the plate when lifting the cell with the liquid at a constantly given speed; and d) immediately before the plate is completely immersed in the liquid, wherein the surface tension coefficient of the liquid is determined by the formula:
Figure 00000005
Figure 00000005
статический краевой угол смачивания рассчитывают из соотношения:the static contact angle is calculated from the ratio:
Figure 00000006
Figure 00000006
а динамический краевой угол смачивания - с помощью формулы:and dynamic contact angle - using the formula:
Figure 00000007
Figure 00000007
где А - ширина пластины; В - толщина пластины;where A is the width of the plate; B is the plate thickness; G0 - показания взвешивающего устройства при взвешивании пластины в воздухе;G 0 - readings of the weighing device when weighing the plate in air; G1 - показания взвешивающего устройства в момент касания исследуемой пластины с жидкостью;G 1 - readings of the weighing device at the moment of contact of the test plate with liquid; G2 - показания взвешивающего устройства в момент, предшествующий разрыву пленки жидкости;G 2 - readings of the weighing device at the time preceding the rupture of the liquid film; G3 - показания взвешивающего устройства в момент прохождения мениска жидкости середины пластины;G 3 - readings of the weighing device at the time of passage of the meniscus of the liquid in the middle of the plate; G4 - показания взвешивающего устройства непосредственно перед полным погружением пластины в жидкость.G 4 - readings of the weighing device immediately before the complete immersion of the plate in the liquid.
RU2004109713/28A 2004-04-01 2004-04-01 Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles RU2244288C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004109713/28A RU2244288C1 (en) 2004-04-01 2004-04-01 Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004109713/28A RU2244288C1 (en) 2004-04-01 2004-04-01 Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2244288C1 true RU2244288C1 (en) 2005-01-10

Family

ID=34882055

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004109713/28A RU2244288C1 (en) 2004-04-01 2004-04-01 Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2244288C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114383979A (en) * 2022-01-21 2022-04-22 四川大学 Method for measuring surface tension coefficient of liquid by liquid drop method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114383979A (en) * 2022-01-21 2022-04-22 四川大学 Method for measuring surface tension coefficient of liquid by liquid drop method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5365776A (en) Process and device for determining the viscosity of liquids
RU2562921C2 (en) Viscosity calculation method
RU2537524C1 (en) Method of determining viscosity and density of liquid and apparatus therefor
US6684685B2 (en) Liquid extrusion porosimeter and method
RU2244288C1 (en) Method of measurement of surface tension coefficient and static and dynamic wetting angles
US3930402A (en) Viscosimeter
CN209247127U (en) A kind of liquid level measuring system
RU80574U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING RHEOLOGICAL PARAMETERS OF LIQUID OIL PRODUCTS
JPH07248315A (en) Density measuring device
SU418762A1 (en)
RU30989U1 (en) Device for determining the surface tension of liquid media
RU2337347C2 (en) Method of determination of relative kinematic viscosity of biological liquid
JP2001059806A (en) Method for measuring viscoelasticity of liquid
JP2022185568A (en) Viscosity measurement method and device
RU139168U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING VISCOSITY AND DENSITY OF A LIQUID
JP2559174B2 (en) Fluid viscosity measuring device and fluid force detecting device
RU2368886C2 (en) Method of controlling viscosity of liquids
SU958908A1 (en) Liquid media viscosity measuring method
SU1096542A1 (en) Liquid surface property determination method
Bowden The double-capillary method of surface tension measurement
CN207528293U (en) A kind of use for laboratory water-oil phase metering device
RU2619810C1 (en) Method for determining parameters of liquid in tank
US6561026B2 (en) Hydrometer
RU152642U1 (en) DEVICE FOR CONTINUOUS MEASUREMENT OF VISCOSITY AND LIQUID DENSITY IN PIPELINES
SU1140008A1 (en) Device for determination of liquid surface tension