Determination of contact angle of polymer compositions for irrigators of cooling towers

全文:

Разработка состава полимерной композиции для градирен является актуальной задачей при производстве эффективных конструкций оросителей. Эффективность процесса испарительного охлаждения в градирнях определяется не только конструктивными особенностями оросителей, но и, в значительной мере, свойствами композиций полимерных материалов, используемых для их изготовления. Одним из таких определяющих свойств композиции является гидрофильность (смачиваемость) поверхности, позволяющая равномерно распределять пленку воды по оросителю, чем увеличивать активную поверхность воды с воздухом в единице объема насадки. В настоящее время для изготовления оросителей в промышленной практике используются оросители, изготовленные на основе базовых марок полимера со стандартным наполнением стабилизаторами. Поскольку на процесс испарительного охлаждения положительно влияет гидрофильность поверхности оросителя (за счет способности создавать тончайшие пленки на поверхности оросителя), то идет поиск соответствующих композиций. Дополнительным условием поиска является невысокая стоимость компонентов. В связи с вышесказанным, в Университете машиностроения были разработаны рецепты полимерных композиций с добавлением к базовым маркам полимера древесной муки, которая является наиболее дешевым наполнителем и благоприятно влияет на гидрофильность поверхности. За основное связующее взят гранулированный полиэтилен низкого давления литьевой марки 277-73, получаемый газофазным методом. Для определения гидрофильности полимерной композиции древесная мука добавлялась к полимеру в разных процентных соотношениях. Физико-механические характеристики композиций на основе полимерных материалов существенно зависят от гомогенности полученных смесей, которая, в свою очередь, определяется параметрами смешения на конкретном оборудовании. Для получения однородной смеси в условиях повышенных температур (выше температуры плавления полимера) использовались смесительные вальцы, фотография которых представлена на рисунке 1. Смесительные вальцы обеспечивают высокие сдвиговые деформации при смешении композиции, что ведет к равномерному распределению древесной муки в расплаве полимера. Рисунок 1. Смесительные вальцы При гомогенизации композиции смесительные вальцы разогревались до температуры 150 °С. После смешения однородная полимерная композиция снималась с вальцов и измельчалась в ножевой дробилке. Образцы для проведения испытаний, представляющие собой плоские диски диаметром 60 мм, были получены на термопластавтомате методом литья под давлением. Исследованы следующие соотношения: - 10% древесной муки, 90% полимера; - 20% древесной муки, 80% полимера; - 30% древесной муки, 70% полимера. Испытания изготовленных по предлагаемой рецептуре образцов происходили на стенде, схема которого представлена рис. 2. Рисунок 2. Схема установки для определения краевых углов смачивания: 1 - испытываемый композиционный материал; 2 - дистиллированная вода; 3 - столик-держатель; 4,5,6 - регулировочные винты; 7 - фотокамера; 8 - осветитель; 9 - источник питания Измерения углов смачивания испытуемых образцов проводились следующим образом. Испытываемый композиционный материал 1 устанавливали на столик-держатель 3 и включали лампу осветитель 8. Отворачивали винт 5 и настраивали объектив фотокамеры 7 на одном уровне с исследуемым образцом. Затем с помощью шприца наносили каплю дистиллированной воды объемом 1 мм3 на поверхность испытываемого образца у его края, обращенного в сторону фотокамеры. Настройкой резкости изображения фотокамеры добивались такого положения капли, чтобы она вся располагалась в поле зрения окуляра. Измерение краевых углов смачивания проводились через 5 минут с момента нанесения капли, так как полимерная композиция обладает способностью впитывать воду через поры на своей поверхности. Результаты опытов представлены на рисунке 3. Θп=66˚ Θл=66˚ Θл=58,5˚ a b c Рисунок 3. Краевой угол смачивания для композиции составов: а) 10% древесной муки, 90% ПНД 277-73; b) 20% древесной муки, 80% ПНД 277-73; c) 30% древесной муки, 70% ПНД 277-73. Для измерения краевого угла смачивания на полученном снимке проводили касательную в точке пересечения контура капли с поверхностью образца и измеряли угол Θ наклона касательной к капле. Для уменьшения погрешности измерения краевого угла смачивания для каждой капли угол определяли с левой и правой стороны. Краевой угол (Θ) определяем среднеарифметически: cosΘ10%=66º; cosΘ20%=59,25º; cosΘ30%=52,25º. Результаты опытов представлены на рисунке 5 в виде зависимости краевых углов смачивания от состава полимерной композиции материалов оросителей. Рисунок 5. Зависимость краевых углов смачивания от состава полимерной композиции В результате опытов установлено, что с увеличением концентрации древесной муки в полимерной композиции краевой угол смачивания существенно уменьшается, т.е. увеличивается гидрофильность оросителя, а это ведет к замедлению движения водной пленки с увеличением ее способности к растеканию. Данный фактор должен приводить к более эффективной работе градирни в процессе охлаждения оборотной воды.

作者简介

S. Noskov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

D. Baranov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Dr. Eng., Prof.

I. Skopintsev

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

Email: iskopincev@mail.ru
Ph.D., Prof.

A. Shibanov

Moscow State University of Mechanical Engineering (MAMI)

参考

补充文件