פתילה ומבחני בדים חד-כיווניים: מדידות של פרמטרים נימי להערכת לחץ נימים בתהליכי דפוס Composite הנוזל

במהלך ההספגה של תגבורת סיבית ב דפוס מרוכבים נוזליים (LSM) תהליכים, זרימת השרף הוא מונע על ידי פרש לחצים. יש תופעות נימי אפקט נוסף שיכול להתחרות עם הפרש לחצים, בהתאם לפרמטרים התהליך. השפעתם על התהליך ולכן יש לעבור הערכה ^{1, 2.} ניתן לעשות זאת על ידי הגדרת לחץ נימים לכאורה, _כובע P, שינוי שיפוע הלחץ הראשוני ^3. פרמטר זה ובהמשך עשוי להיות מוכנס לתוך מודלים מספריים כדי לדמות תזרימי במהלך תהליכים לחזות היווצרות חלל במדויק ^4.

ההספגה הספונטנית של בד על ידי נוזל (פתילה) יכולה להיות מתוארת על ידי המשוואה וושבורן ^5. במקור, משוואת וושבורן תארה את תופעת הנימים של נוזל בתוך שפופרת. ווה משוואה זוים אז הוארך מבנים נקבוביים, כגון תגבורת סיבית, כי יכול להיות מקורבת לרשת צינור נימים. בהתחשב בעל מדגם גלילי עם רדיוס, R, מלא מדיום נקבובי, משוואת וושבורן שונה בצורה להשיג מסת בריבוע (מ"ר (t)) לאורך זמן, כדלקמן ^6:

(1)

כאשר c הוא פרמטר הלוקח בחשבון tortuosity, R הוא הרדיוס הנקבובי הממוצע, ו ε = 1-V _f הוא נקבובי (V _f להיות יחס נפח סיבים). כל הפרמטרים בסוגריים המרובעים להדאיג את המורפולוגיה ותצורה של המדיום הנקבובי, והם יכולים להיות מאוחדים לתוך קבוע, C, המכונה "גורם בינוני הגיאומטריות נקבוביות." הפרמטרים האחרים לבטא את תלות של פתילה על האינטראקציות בין המדיום ואת הנוזלים (דרך ρ, η, ו- _L γ, אשר הן, בהתאמה, צפיפות, צמיגות, ומתח הפנים של הנוזל, _{ובאמצעות} θ, בזווית המגע המתקדם לכאורה).

במקביל, את הזרימה דרך מדיום נקבובי בדרך כלל היא מודל עם החוק דארסי הידוע ^7, אשר מספר על מהירות נוזל שווה ערך, v _D, עד הטיפה לחץ באמצעות החדירות של המדיום, K, ואת צמיגות הנוזל, η . משוואה זו מאפשרת גם על מנת לתת ביטוי ברווח ההמוני על פני שורש הריבועי של זמן ובמסגרת זו על פי שיקול דעתם של השקילות בין שתי המשוואות. מ שקילות זו בין המשוואה וושבורן ואת דארסי החוק, לחץ הנימים הוגדר אז כדלקמן ^8:

כאן, הדגש העיקרי הוא לתאר את הליך הניסוי למדידת גורמים הגיאומטריים ואת זוויות מגע לקידום לכאורה בדים חד כיווני, במטרה לקבוע את לחץ הנימים. שיטה זו מסתמכת על שימוש tensiometer לבצע בדיקות פתילה (איור 1). Tensiometer הוא microbalance עם רזולוציה של 10 מיקרוגרם המודד את מסת הנוזל או להרכיב המניסקוס סביב מוצק או עולה מדיום סיבי. בדיקות פתילה בוצעו בהתחשב אפיון חד ממדי (כיוון לאורך הסיבי) ^{8, 9.} בדים Quasi-חד כיווני המשמש לאימות הנוהל פחמן-כיוונית חד (א.ד.) בדים בכל _f V = 40%. לאחר השיטה קיבלה תוקף, בדים פשתן הוגשו חולצת טיפול תרמיכובע משנה את התנהגות ההרטבה של סיבים ^6, ובדיקות פתילה בוצעו עם יחס נפח סיבים שונה (מ -30% ל -40%) היא בדי פשתן מטופל ומטופל. כדי לקבוע פרמטרים מורפולוגיים הרטבה, לפחות שתי בדיקות הפתילה הם שדות חובה: האחד עם נוזל לחלוטין להרטיב, כמו n-הקסאן, כדי לקבוע C (משוואה 1), והשני עם הנוזל של עניין, כדי לקבוע זווית המגע המתקדם לכאורה פעם C ידוע. לפי הגישה הראשונה, מים היה בשימוש כדי להעריך את ההליך.

בשיטה זו ניתן להחיל בדים ונוזלים שונים, המאפשר הערכה של השפעת הגיאומטריה חומר (מורפולוגיה של בדים), נקבוביות (יחסי נפח סיבים שונים), ואת צמיגות מתח הפנים של הנוזל על תופעות הספגה נימי. ברור כי ההליך על פי התיאוריה וושבורן (משוואה 1) ניתן לאמץ רק אם מ"ק הפתילהrves (מ"ר (t)) שרשמה tensiometer יש מגמה ליניארי. משמעות הדבר היא כי הפרמטרים במשוואה 1 חייבים להישאר קבועים במהלך תהליך הפתילה כולו. אם זה לא המקרה, כפי תגבורת פשתן במים, בגלל הסיבים עוברים נפיחות ^{10, 11,} המשוואה וושבורן צריך להיות שונה כדי לכלול את השפעת נפיחות על מנת לתאר את בדיקות ⁹ כראוי. בדים שטופלו נמצאו פחות רגיש וספיחת מים ^9. גורמים גיאומטריים ופרמטרי הרטבה יכולים להימדד מתאימים ליניארי, המאפשרים חישוב לחץ הנימים, _{כובע P.}