RU2248552C1 - Method of determination of maximum size of membrane pores by bubble - Google Patents
Method of determination of maximum size of membrane pores by bubble Download PDFInfo
- Publication number
- RU2248552C1 RU2248552C1 RU2003115928/28A RU2003115928A RU2248552C1 RU 2248552 C1 RU2248552 C1 RU 2248552C1 RU 2003115928/28 A RU2003115928/28 A RU 2003115928/28A RU 2003115928 A RU2003115928 A RU 2003115928A RU 2248552 C1 RU2248552 C1 RU 2248552C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- liquid
- pressure
- vessel
- cell
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной и экспериментальной технике. Может быть использовано для контроля структурных свойств пористых тонких пленок в химической, медицинской, радиоэлектронной и других областях промышленности.The invention relates to measuring and experimental equipment. It can be used to control the structural properties of porous thin films in the chemical, medical, electronic and other industries.
Известен способ исследования пористых материалов, основанный на сопоставлении максимального расхода при испарении жидкости с поверхности пористого материала, с расходом при наличии разницы гидростатических давлений. Способ позволяет рассчитывать средний радиус капилляров, при этом полученные измерения являются косвенными. Погрешность измерения зависит от состояния пористого тела. При наличии крупных отверстий погрешность будет весьма высока. Способ не позволяет определить размер максимальных пор. (А.с. СССР №524110, МПК G 01 N 11/00, опубл. 05.08.76, бюл. №29)A known method for the study of porous materials, based on a comparison of the maximum flow rate during evaporation of a liquid from the surface of a porous material, with a flow rate in the presence of a difference in hydrostatic pressures. The method allows you to calculate the average radius of the capillaries, while the measurements obtained are indirect. The measurement error depends on the state of the porous body. With large holes, the error will be very high. The method does not allow to determine the size of the maximum pores. (A.S. USSR No. 524110, IPC G 01 N 11/00, publ. 05.08.76, bull. No. 29)
Наиболее близким по технической сущности является способ определения максимального размера пор методом пузырька (ГОСТ Р 50516-93. Мембраны полимерные, метод определения точки пузырька плоских мембран) Тонкую пористую мембрану вымачивают в жидкости. Зажимают в ячейку. Заполняют ячейку жидкостью так, чтобы поверхность жидкости полностью покрывала поверхность пористой мембраны. В ячейку под мембрану подают газ. Непрерывно измеряют давление газа. Максимальный размер пор рассчитывают по давлению, при котором первый пузырек газа проходит через мембрану. Метод прост и эффективен, но практическое использование ограничено прочностью мембран. Так для исследования тонких пленок с размерами пор порядка 0,5-0,05 мкм перепад давления на мембране приводит к напряжениям, разрушающим материал. Применение подложек приводит к искажению результатов измерения. Применение метода при исследовании трековых мембран приводит к разрушению последних во время испытания.The closest in technical essence is the method for determining the maximum pore size by the bubble method (GOST R 50516-93. Polymeric membranes, method for determining the bubble point of flat membranes) A thin porous membrane is soaked in a liquid. Clamp in the cell. Fill the cell with liquid so that the surface of the liquid completely covers the surface of the porous membrane. Gas is introduced into the cell under the membrane. Continuously measure the gas pressure. The maximum pore size is calculated from the pressure at which the first gas bubble passes through the membrane. The method is simple and effective, but practical use is limited by the strength of the membranes. So for the study of thin films with pore sizes of the order of 0.5-0.05 microns, the pressure drop across the membrane leads to stresses that destroy the material. The use of substrates leads to a distortion of the measurement results. Application of the method in the study of track membranes leads to the destruction of the latter during the test.
Целью изобретения является повышение эффективности испытаний за счет предотвращения разрушения мембран и расширение диапазона толщин пленок, на которых можно производить измерения предлагаемым способом.The aim of the invention is to increase the efficiency of tests by preventing the destruction of membranes and expanding the range of thicknesses of films on which measurements can be made by the proposed method.
Поставленная цель достигается тем, что мембрану, предварительно пропитанную в жидкости, устанавливают в ячейку, заполняют ее жидкостью, подают к ячейке газ и измеряют его давление. Ячейку с мембраной помещают в сосуд. Ячейка и сосуд гидравлически связаны между собой. На мембране создают неразрушающий перепад давления, откачивая жидкость из сосуда. В сосуд подают газ, в качестве которого используют пары той же жидкости, и постоянно измеряют давление паров в сосуде. Фиксируют давление над мембраной, при котором исчезает перепад давления на ней. По давлению определяют значение коэффициента поверхностного натяжения жидкости, затем по формуле Лапласа рассчитывают значение максимального размера пор мембраны.This goal is achieved by the fact that the membrane, previously impregnated in a liquid, is installed in the cell, filled with liquid, gas is supplied to the cell and its pressure is measured. The cell with the membrane is placed in a vessel. The cell and the vessel are hydraulically interconnected. A non-destructive pressure drop is created on the membrane by pumping liquid from the vessel. A gas is supplied to the vessel, in which vapors of the same liquid are used, and the vapor pressure in the vessel is constantly measured. The pressure above the membrane is fixed at which the pressure drop across it disappears. The pressure determines the value of the surface tension coefficient of the liquid, then the maximum pore size of the membrane is calculated using the Laplace formula.
Создание перепада давления на мембране откачиванием жидкости позволяет гарантировать ее целостность и тем самым свести к минимуму потери мембран из-за разрыва во время испытаний.The creation of a pressure drop across the membrane by pumping out the liquid helps to ensure its integrity and thereby minimize membrane loss due to rupture during testing.
Наддув сосуда с ячейкой парами той же жидкости приведет к конденсации паров на поверхности мембраны. При этом температура жидкости будет расти. Подвод тепла от пара к поверхности мембраны смоченной жидкостью происходит конденсацией. Отвод тепла от мембраны к жидкости происходит теплопроводностью. Граничные условия определяются критерием Bi=a·d/l, гдеThe pressurization of a vessel with a cell in pairs of the same liquid will lead to condensation of vapor on the membrane surface. In this case, the temperature of the liquid will increase. The supply of heat from steam to the membrane surface with a moistened liquid occurs by condensation. Heat is removed from the membrane to the liquid by thermal conductivity. The boundary conditions are determined by the criterion Bi = a · d / l, where
Bi - критерий краевого подобия (критерий Био);Bi - criterion of regional similarity (Biot criterion);
а - коэффициент теплоотдачи при конденсации;a is the heat transfer coefficient during condensation;
l - коэффициент теплопроводности;l is the coefficient of thermal conductivity;
d - характерный размер (диаметр ячейки).d is the characteristic size (cell diameter).
При Bi, стремящемся к бесконечности (практически при Bi>100), температура поверхности мембраны будет равна температуре пара над мембраной (Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент. Справочник под редакцией В.А.Григорьева и В.М.Зорина, книга 2, М., Энергоатомиздат, 1988 г., стр.197-198). Для ячейки диаметром 50 мм и жидкости Фреон 12 критерий Bi=1000. Температуру поверхности мембраны смоченной жидкостью можно определять по давлению паров над мембраной. В результате нагрева жидкости понижается величина поверхностного натяжения, вследствие чего происходит прорыв паров под мембрану, при этом перепад давления на мембране исчезает.With Bi tending to infinity (practically at Bi> 100), the surface temperature of the membrane will be equal to the vapor temperature above the membrane (Theoretical Foundations of Heat Engineering. Thermotechnical Experiment. Handbook edited by V. A. Grigoriev and V. M. Zorin, book 2, M ., Energoatomizdat, 1988, pp. 197-198). For a cell with a diameter of 50 mm and a Freon 12 liquid, the criterion Bi = 1000. The surface temperature of the membrane with wetted liquid can be determined by the vapor pressure above the membrane. As a result of heating the liquid, the surface tension decreases, as a result of which vapor breaks under the membrane, and the pressure drop across the membrane disappears.
Способ исключает визуальный контроль, тем самым повышая точность определения максимального размера пор мембраны методом пузырька. Этим способом можно испытывать мембраны любой пористости и любой толщины, не разрушая мембраны во время определения.The method eliminates visual inspection, thereby increasing the accuracy of determining the maximum pore size of the membrane by the bubble method. In this way, membranes of any porosity and any thickness can be tested without destroying the membranes during determination.
Принцип действия предлагаемого способа может быть пояснен с помощью чертежа. Пористую мембрану 1 предварительно вымачивают в жидкости. Помещают в ячейку 2. Ячейку 2 с мембраной 1 устанавливают в герметичный сосуд 3. В нижней части ячейки 2 расположены отверстия, которые гидравлически связывают полость под мембраной 1 с сосудом 3. Сосуд 3 заполняют жидкостью до уровня, покрывающего ячейку 2 полностью. Затем постепенно начинают откачивать жидкость из сосуда 3. При этом смоченная мембрана 1 за счет действия капиллярных сил удерживает жидкость, поэтому появляется разница уровней жидкости в ячейке 2 и сосуде 3, которая фиксируется дифференциальным датчиком давления. При достижении заданного перепада давления на мембране 1 откачка жидкости прекращается. В сосуд 3 в область над мембраной 1 под некоторым избыточным давлением подают пары той же жидкости. При этом непрерывно измеряют давление паров в сосуде 3. Давление в сосуде 3 постепенно растет. На поверхности мембраны 1 появляется тонкий слой жидкости, температура которого по мере роста давления в сосуде 3 повышается. Из-за того, что теплоотдача к поверхности мембраны 1 конденсацией во много раз превышает отвод тепла от мембраны 1 в жидкость, то температура поверхности мембраны 1 приобретает значение, равное температуре окружающего пара, и может быть определена по давлению в сосуде 3 с помощью уравнения состояния насыщенных паров. С ростом температуры мембраны 1 монотонно уменьшается поверхностное натяжение смачивающей жидкости. В некоторый момент времени перепад давления на мембране 1 превышает капиллярную удерживающую способность. Под мембрану 1 прорываются пары, при этом перепад давления на мембране 1 исчезает. Фиксируется давление в сосуде 3, при котором исчезает перепад давления на мембране 1. По этому давлению по кривой насыщенных паров определяется значение коэффициента поверхностного натяжения жидкости. Далее по формуле Лапласа рассчитывается значение максимального размера пор мембраны.The principle of operation of the proposed method can be explained using the drawing. The porous membrane 1 is pre-soaked in a liquid. They are placed in cell 2. Cell 2 with the membrane 1 is installed in a sealed vessel 3. At the bottom of the cell 2 there are holes that hydraulically connect the cavity under the membrane 1 with the vessel 3. The vessel 3 is filled with liquid to the level that covers the cell 2 completely. Then gradually begin to pump out the liquid from the vessel 3. At the same time, the moistened membrane 1 retains the liquid due to the action of capillary forces, so there is a difference in liquid levels in the cell 2 and the vessel 3, which is fixed by a differential pressure sensor. When you reach the specified pressure drop across the membrane 1, the pumping liquid stops. In a vessel 3 in the area above the membrane 1 under a certain excess pressure serves vapor of the same liquid. In this case, the vapor pressure in the vessel 3 is continuously measured. The pressure in the vessel 3 is gradually increasing. A thin layer of liquid appears on the surface of the membrane 1, the temperature of which increases with increasing pressure in the vessel 3. Due to the fact that the heat transfer to the surface of the membrane 1 by condensation is many times higher than the heat transfer from the membrane 1 to the liquid, the surface temperature of the membrane 1 acquires a value equal to the temperature of the surrounding vapor and can be determined by the pressure in the vessel 3 using the equation of state saturated vapors. With increasing temperature of the membrane 1, the surface tension of the wetting liquid monotonously decreases. At some point in time, the pressure drop across the membrane 1 exceeds the capillary holding capacity. Under the membrane 1 pairs break through, while the pressure drop across the membrane 1 disappears. The pressure in the vessel 3 is fixed at which the pressure drop across the membrane 1 disappears. From this pressure, the value of the surface tension coefficient of the liquid is determined from the saturated vapor curve. Further, according to the Laplace formula, the value of the maximum pore size of the membrane is calculated.
Пример:Example:
В Центре Келдыша было произведено измерение максимального размера пор мембраны из фторполимерной пленки. В качестве рабочего тела был использован фреон 12. При начальном давлении в сосуде 5,4 бар на мембране был создан перепад давления 7,5 кПа. При повышении давления фреона в сосуде до значения 7,52 бар перепад давления исчез. По давлению было найдено значение коэффициента поверхностного натяжения σ=7,5·10-3 Н/м и по формуле Лапласа был рассчитан максимальный размер пор d=1,0 мкм.At the Keldysh Center, the maximum pore size of a fluoropolymer film membrane was measured. Freon 12 was used as a working fluid. At an initial pressure of 5.4 bar in the vessel, a pressure drop of 7.5 kPa was created on the membrane. With an increase in the pressure of freon in the vessel to a value of 7.52 bar, the pressure drop disappeared. The surface tension coefficient σ = 7.5 · 10 -3 N / m was found from the pressure and the maximum pore size d = 1.0 μm was calculated using the Laplace formula.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003115928/28A RU2248552C1 (en) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | Method of determination of maximum size of membrane pores by bubble |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003115928/28A RU2248552C1 (en) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | Method of determination of maximum size of membrane pores by bubble |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2003115928A RU2003115928A (en) | 2004-11-27 |
RU2248552C1 true RU2248552C1 (en) | 2005-03-20 |
Family
ID=35454188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003115928/28A RU2248552C1 (en) | 2003-05-29 | 2003-05-29 | Method of determination of maximum size of membrane pores by bubble |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2248552C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006075926A1 (en) * | 2004-12-22 | 2006-07-20 | Dressel Pte. Ltd. Company | Membrane card and method for the production and use thereof |
RU2558378C1 (en) * | 2014-03-05 | 2015-08-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Криосферы Земли Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Икз Со Ран) | Method for determining maximum size of membrane pores |
-
2003
- 2003-05-29 RU RU2003115928/28A patent/RU2248552C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ГОСТ Р 50516-93. МЕМБРАНЫ ПОЛИМЕРНЫЕ. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЧКИ ПУЗЫРЬКА ПЛОСКИХ МЕМБРАН. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2006075926A1 (en) * | 2004-12-22 | 2006-07-20 | Dressel Pte. Ltd. Company | Membrane card and method for the production and use thereof |
EA011832B1 (en) * | 2004-12-22 | 2009-06-30 | Дрессел Пти. Лтд. Компани | Membrane card and method for the production and use thereof |
RU2558378C1 (en) * | 2014-03-05 | 2015-08-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Учреждение Науки Институт Криосферы Земли Сибирского Отделения Российской Академии Наук (Икз Со Ран) | Method for determining maximum size of membrane pores |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5786528A (en) | Water intrusion test for filters | |
RU2267772C2 (en) | Method and device for measuring permeability or deformation of permeable materials | |
KR100491071B1 (en) | Predicting logarithmic reduction values | |
Washburn | The dynamics of capillary flow | |
Stern et al. | Performance of a versatile variable‐volume permeability cell. Comparison of gas permeability measurements by the variable‐volume and variable‐pressure methods | |
US8447537B2 (en) | Methods and apparatus for determining the permeability and diffusivity of a porous solid | |
US20060117836A1 (en) | Centrifuge permeameter for unsaturated soils system | |
US9080934B2 (en) | Method for determining wettability of porous materials | |
EP2153202A1 (en) | Compression vacuapore for determination of pore structure characteristics of hydrophobic materials under compressive stress | |
Lu et al. | Constant flow method for concurrently measuring soil-water characteristic curve and hydraulic conductivity function | |
Lee et al. | Modified liquid displacement method for determination of pore size distribution in porous membranes | |
Shereshefsky | A study of vapor pressures in small capillaries. Part I. Water vapor.(A). Soft glass capillaries1, 2 | |
Van Der Ploeg et al. | Polymer tensiometers with ceramic cones: Direct observations of matric pressures in drying soils | |
US4660412A (en) | Three fluid method for non-mercury intrusion porosimetry | |
RU2248552C1 (en) | Method of determination of maximum size of membrane pores by bubble | |
US6684685B2 (en) | Liquid extrusion porosimeter and method | |
Christoffersen et al. | Gas/oil capillary pressure of chalk at elevated pressures | |
US20140096628A1 (en) | Method for determining wettability | |
Bomberg et al. | A test method to determine air flow resistance of exterior membranes and sheathings | |
CN216411012U (en) | Simple and convenient porous material permeability testing arrangement | |
MIKULÁŠEK et al. | Characterization of ceramic tubular membranes by active pore-size distribution | |
RU2550569C1 (en) | Method to detect wettability | |
CN113739984A (en) | Device for measuring frozen soil pore water pressure change | |
Bomberg et al. | Methods to check reliability of material characteristics for use of models in real time hygrothermal analysis | |
Zeman et al. | Evaluation of oxygen permeability of polyethylene films |