Теоретичні відомості
Змочування – явище, що виникає при взаємодії рідини з поверхнею твердого тіла або іншою рідиною. Воно виражається, зокрема, у розтіканні рідини по твердій поверхні, яка знаходиться в контакті з газом (парою) або іншою рідиною, просочуванні твердих тіл і порошків, викривленні поверхні рідини на поверхні твердого тіла.
В поліграфії це явище най поширене. Його можна спостерігати, наприклад, при виготовленні форм (вимивання), в процесі друкування і т. д.
Мірою змочування є крайовий кут Θ між змочуваною поверхнею і поверхнею рідини на периметрі змочування (рис. 1).
Рис. 6. Краплина рідини на межі розділу (G) трьох фаз. 1 ― тверде тіло; 2 ― рідина; 3 ― газ
Кут θ відраховують зі сторони рідини. При статичному (рівноважному змочуванні він зв`язаний з поверхневим натягом рідини (σр) і міжфазним натягом на границі тверде тіло-рідина (σтр) рівнянням Юнга:
σтг = σтр + σгр соs θ,
звідси соs θ = (σтг – σтр) / σгр.
Величиною кута θ оцінюють ліофільність (ліофобність) поверхонь по відношенню до різних рідин. На ліофільній поверхні рідина розтікається, тобто має місце часткове (0°< θ<90°) або повне змочування (θ = 0); на ліофобній – розтікання не відбувається (θ >90°) (рис. 2).
Рис. 7. Характер змочування водою ліофобної поверхні
Крайовий кут залежить від співвідношення сил зчеплення молекул рідини з молекулами або атомами змочуваного тіла (явище адгезії) і сил зчеплення молекул рідини між собою (явище когезії).
Зворотню роботу адгезії і когезії вираховують відповідно по рівнянням:
Wa = σр × (1+ соs θ)
і Wк = 2 × σр.
При Wa < Wк завжди Θ > 0°, причому із збільшенням відношення Wa < Wк покращується змочування. Відношення:
S = Wa / Wк,
називається коефіцієнтом розтікання. Часто спостерігається затримка у встановленні рівноважних крайових кутів, яка називається гістерезисом змочування. Розрізняють кінетичний (динамічний) і статичний гістерезис змочування. Причиною гістерезисну може бути шерехатість поверхні, особливо структури поверхневого шару, релаксаційні процеси в рідкій фазі та ін.
Порядок виконання роботи
1. Підготовка зразків. З пластини полімеру (або вказаного викладачем матеріалу) ножицями витинають декілька зразків розміром 1,5 × 1,5 см. Кількість зразків визначається обсягом індивідуального завдання, погодженого з викладачем. Відповідно до характеру індивідуального завдання зразки опромінюють або не опромінюють лампами УФ-світла.
Перед дослідженням слід звернути увагу на чистоту поверхні, відсутність вологи та механічних забруднень досліджуваних зразків.
2. Ознайомлення з принциповою схемою приладу для вимірювання крайового кута, яка зображена на рис. 3.
Цифрова камера – 2 (Logiteh QuckCam з ПЗЗ-матрицею 640х480 pixels), закріплена на рухомій оптичній лаві – 1. Для усунення геометричних спотворень зображення, взятий виправлений на дисторсію об’єктив – 3 „Индастар-61” (фокусна відстань 135мм.; роздільна здатність, 45 лін/мм.; кут поля зору, 18град.). На предметному столику – 6, навпроти камери встановлюється зразок - 5. Зразок освітлюється з допомогою лампи – 8. Розсіяння світла усувається за допомогою матового скла – 7. Зображення з цифрової камери передається по кабелю, до комп’ютера, де воно обробляється і транслюється на монітор в реальному часі. Фотографування зображень проводиться з діафрагмою об’єктиву 2,8 із збільшенням проекції зображення у 35 разів.
Застосовану оптико-цифрову систему можна розглядати, як двовимірний інформаційний канал передачі даних, в якому оптичний сигнал формується в площині друкарського елемента і проектується у вигляді сфокусованого зображення елемента на поверхню ПЗЗ-матриці цифрової камери.
3. Виконання експерименту починають з ввімкнення комп’ютеру і програми PC-ТV. На панелі програми активізувати кнопку ТV. Після чого на екрані монітора відкриється вікно із зображенням, яке реєструє камера. Відрегулювати горизонтальне положення рухомого предметного столика із зразком. Навести зображення на різкість за орієнтирами. За допомогою мікрошприца наноситься рідина на поверхню зразка так, щоб потрібне зображення було видно чітко по центру монітора. Далі фотографують проекції зображення через рівні проміжки часу (або вказані викладачем), і зберігають отримані кадри. Комп’ютерна обробка фотографій (усунення півтонів, цифрове ретушування, кадрування зображення) виконується з допомогою програми Adobe Photoshop CS-2. Визначаємо координати краплини, які змінюються в залежності від часу розтікання.
Рис. 8. Принципова схема приладу для вимірювання крайового кута.