Файл: Мизери, А. А. Эксплуатация текстильного оборудования с деталями из пористых спеченных материалов.pdf

Величина г представляет собой радиус цилиндрической поры, вычисленной при предположении, что пористая среда представ­ ляет собой систему несообщающихся друг с другом цилиндри­ ческих капилляров одинаковой длины. Понятно, что эти величины имеют совершенно условный смысл. Если выразить проницае­ мость в Дарси, то формула (17) примет следующий вид:

T. e. чтобы оценить размер пор, достаточно знать соответствую­ щие значения их коэффициентов пористости и проницаемости.

Этот метод определения размеров пор дает лишь усредненные значения, а так как в действительности имеются поры разных размеров, то исходя из формулы (14) величину Q можно предста­ вить в следующем виде:

Для определения среднего размера пор фильтров из спечен­ ных материалов Л. С. Гликман, Р. И. Рощупкин и Е. И. Павлов­ ская применили метод максимального давления пузырьков [20].

Этот метод основан на измерении давления, которое необходимо - для того, чтобы протолкнуть воздух через поры тела, погружен­ ного в жидкость с известным поверхностным натяжением. Пред­ варительно образец пропитывают этиловым спиртом, затем его помещают в специальное герметическое приспособление. На по­ верхность образца наливают слой спирта (3—6 мм), затем мед­ ленно поднимают давление до тех пор, пока не появится первый пузырек.

При этом давлении воздух проходит через поры с наиболь­ шими размерами. С повышением давления количество пузырьков увеличивается. Затем наступает момент, когда пузырьки начинают выходить из многих пор по всей поверхности.

26

Этому давлению соответствуют среднего размера поры фильтра, которые вычисляются по формуле

d = 408 — ,

ДР

дг(е d — средний диаметр пор, мк;'

а — поверхностное натяжение спирта на границе спирт — воз­ дух; а = 22,3 дин/см;

Ар — перепад давления на дифманометре, мм вод. ст. Метод максимального давления пузырьков, как отмечается

в работе канд. техн. наук И. П. Ишкина и инж. М. Г. Каганера [21], является наиболее пригодным для определения среднего размера пор керамических фильтров и позволяет достаточно точно и бы­ стро установить однородность фильтров по всей поверхности. Рас­ пределение пор по размерам авторы рекомендуют определять с помощью графо-аналитического метода.

Р. А. Андриевский [22], анализируя метод максимального дав­ ления пузырьков, указывает на недостаточную точность этого ме­ тода как для мелких, так и для крупных пор.

Исследование пористости и распределения пор по размерам

спомощью метода ртутной порометрии

Вработе «Применение металлокерамики и капиллярной смазки при ремонте и модернизации текстильного оборудования» [23] впервые опубликованы материалы по исследованию некоторых по­ ристых спеченных материалов методом ртутной порометрии.

Втехнической литературе до этого не было никаких сведений

оприменении этого метода для изучения структуры пористых спе­ ченных материалов.

Вто же время в СССР и за рубежом появилось много работ, посвященных исследованию пористой структуры силикагелей, активных углей, сажи и других материалов.

За последние годы проведены также комплексные исследования структуры высокодисперсных и пористых тел с использованием различных методов и в первую очередь адсорбционного и капил­

лярно-конденсационного, электронно-микроскопического, метода рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами и метода ртут­ ной порометрии. Уточнены также возможности и границы приме­ нения отдельных методов, получены данные о пористой структуре широко распространенных в промышленности сорбентов и катали­ заторов. Каждый из указанных методов определения структуры имеет определенные достоинства и недостатки.

Комплексное изучение структуры высокодисперсных и пори­ стых материалов несколькими независимыми методами проводи­ лось с целью проверки достоверности результатов, полученных этими методами [24].

Преимуществом адсорбционного метода является многообразие получаемых с его помощью структурных характеристик адсор­ бента: объем сорбирующих пор, удельная поверхность, степень

27

неоднородности поверхности, средние размеры частиц скелета, рас­ пределение объема пор по их размерам. Однако этот метод имеет и недостатки, так как получаемые характеристики структуры яв­ ляются усредненными и значения этих характеристик связаны с известными допущениями о строении и свойствах адсорбцион­ ных слоев и капиллярно-конденсированных жидкостей.

По мнению ряда исследователей, адсорбционный метод требует усовершенствования.

Применение метода рассеяния рентгеновских лучей под малыми углами при изучении строения гелей, микропористых стекол и мно­ гих катализаторов вызывает значительные трудности математиче­ ской обработки дифракционной картины. При этом методе остается неясным, какой элемент структуры определяется — поры или частицы.

Электронно-микроскопический метод обладает большой на­ глядностью. Вместе с тем в электронно-микроскопических иссле­ дованиях встречается много явлений, которые называются «арте­ фактами», т. е. изображений, не поддающихся истолкованию. Применение метода реплик вносит дополнительные трудности в толкование результатов. Даже использование стереоскопиче­ ского метода не устраняет этих Затруднений.

Метод ртутной порометрии как наиболее простой и отвечающий требованиям поставленных задач должен иметь большое значение при изучении строения пористых спеченных материалов.

Пористые спеченные материалы, и в частности железографи­ товые, имеют поры самых различных размеров.

Характеризовать эти материалы по среднему или максималь­ ному размеру пор для пористых подшипников и тем более для фильтров, изготовленных из пористого спеченного материала, со­ вершенно недостаточно. На самом деле при наличии примерно одинаковых пор среднего и максимального размера пористые ма­ териалы могут сильно отличаться друг от друга по размерному составу пор. Поэтому решать вопрос о работоспособности в тех или иных условиях пористых подшипников и особенно фильтров можно лишь при полном представлении структурного состава пор и распределении пор по величине радиуса.

Для исследования «вторичной структуры» пористых железо­ графитовых материалов автором была разработана и применена установка, основанная на методе вдавливания ртути.

Этот метод получил распространение в нашей стране благо­ даря работам Т. Г. Плаченова, проводимым в Ленинградском технологическом институте имени Ленсовета [25], и работам Р. X. Бурштейн и ее сотрудников в Институте электрохимии АН

СССР [26].

Метод вдавливания ртути или, как его называют, метод ртут­ ной порометрии основан на свойстве ртути не смачивать многие твердые тела. С помощью этого метода можно получить данные об объемах пор исследуемого материала и о распределении этого объема по эффективным радиусам пор.

28

При заполнении объема пор твердого тела жидкостью с крае­ вым углом смачивания, превышающим 90°, необходимо преодолеть сопротивление силы, численно равной величине произведения параметра поры на поверхностное натяжение и на косинус угла смачивания. Зависимость между внешним давлением и капилляр­ ным сопротивлением в порах твердого тела характеризуется сле­

дующим уравнением: Fhgy^ nacosQ> (20)

где F — площадь сечения поры, см2;

h — высота капиллярного падения жидкости, см;

g— ускорение силы тяжести, см/с2;

у— плотность жидкости, г-с2/см4; П — периметр поры, см;

о— поверхностное натяжение жидкости, гс/см; Ѳ1— угол смачивания, град.

Произведение gyh имеет размерность силы на квадратный сан­ тиметр и поэтому может быть выражено через давление р (кгс/см2). Для пор цилиндрической формы уравнение можно на­ писать в следующем виде:

Таким образом, изучение распределения пор по радиусам ме­ тодом вдавливания ртути, согласно Н. Т. Ritter, L. С. Drake [27], основано на соотношении

Экспериментально определяют объем ртути, входящей в поры при постепенном увеличении давления, и находят функцию рас­ пределения пор по радиусам D(r) по уравнению

dV

где dV — объем ртути, входящей в поры при изменении радиуса от г до r+dr.

Использованный при исследовании пористости метод вдавлива­ ния ртути основан на некоторых допущениях.

1. Предполагается, что поры имеют в сечении окружность. В действительности же поры могут быть самой разнообразной формы.

2. Данные о величине поверхностного натяжения и угла смачи­ вания ртутью несколько отличаются от фактических.

К достоинствам метода вдавливания ртути следует^ѳтнести не­ сложность аппаратуры, необходимой для исследования.

Установка для исследования пористости

Установка состоит из двух совершенно не связанных друг с дру­ гом частей. В одной — вакуумной установке — производится обезгаживание исследуемого образца и заполнение ртутью прибора, в котором находится этот образец (рис. 1).

29