Угол смачивания поверхности твердого тела

Угол смачивания поверхности твердого тела

В узлах трения на эффективность использования смазочных материалов и протекание ряда процессов на поверхностях трения оказывает большое влияние величина свободной поверхностной энергии взаимодействующих тел. Об уровне свободной поверхностной энергии твердых тел часто судят по конусу угла смачивания (или просто угла смачивания) их жидкостью. Для этого капля чаще всего очищенной воды осторожно помещается на интересующую нас поверхность, и по углу, проходящему через каплю между касательной к мениску капли в месте ее касания с твердой поверхностью и самой плоскостью поверхности, оценивают угол смачивания (рис. 5.9). Его величина зависит от значений удельной свободной поверхностной энергии (поверхностного натяжения   ) трех соприкасающихся поверхностей раздела: твердого тела жидкости   ТЖ, твердого тела газа   ТГ и жидкости газа   ЖГ. Поверхностные натяжения   ТЖ и   ЖГ препятствуют растеканию капли и действуют на   ТГ. В этом случае косинус угла смачивания определяется выражением вида

cos( )

ТГ        ТЖ  .

ЖГ

Рис. 5.9. Характер смачивания каплей жидкости поверхности твердого тела: Т твердое тело; Ж жидкость; Г газовая среда

Для каждой чистой поверхности твердого тела характерна определенная величина угла смачивания. По величине этого угла все тела часто разделяются на гидрофильные (лучше смачивающиеся водой) и гидрофобные. К гидрофильным относятся окислы, карбонаты, сульфаты, силикаты, стекло и ряд других тел. К гидрофобным чистые металлы, графит, сульфиды неокисленных с поверхности металлов, высшие гомологи органических соединений, полимеры и др.

Смачивание тел жидкостью весьма чувствительно к малейшим загрязнениям, появляющимся на поверхностях твердых тел (например, органическим маслам и поверхностно-активным веществам). Ввиду простоты измерения и способности реагировать на малые изменения величины свободной поверхностной энергии тел, метод измерения угла смачивания часто используется для определения степени загрязненности твердых тел и оценки характера смачивания смазочными материалами поверхностей трения.