УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В УСЛОВИЯХ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для исследования композиционных материалов, а именно для определения поверхностного натяжения композиционных материалов, на основе определения углов смачивания поверхностей и определения поверхностного натяжения жидкостей в условиях низких температур.
Аналогом заявляемого устройства является портативное устройство для определения в статическом и динамическом режимах поверхностного и межфазного натяжения жидкостей, а также для определения угла смачивания твердых поверхностей, содержащее видеокамеру, оптическую часть, регулируемый столик для образцов, дозатор жидкости, осветитель и компьютер для обработки результатов измерений, причем в качестве оптической системы используется телецентрический объектив с перестраиваемым рабочим расстоянием, в качестве видеокамеры используется USB-камера, а в качестве осветителя - светодиодный осветитель, также питаемый через USB порт переносного персонального компьютера (патент РФ №92860 на полезную модель «Портативное устройство для измерения углов смачивания поверхностей и поверхностного натяжения жидкостей», МПК С08J 7/00, 2010).
Недостатками данного устройства, является недостаточная точность измерений, вследствие ручной системы дозирования, представляющей собой микрошприц Proline 1-100, а также ручное регулирования по высоте столика для образцов.
Известно устройство, относящийся к лабораторной медицинской технике, позволяющее определять краевой угол смачивания биологических жидкостей, за счет получения изображений боковой проекции капли, включающее в себя горизонтальную поверхность для размещения капельных проб, выполненную в виде пластинки из гидрофобного прозрачного материала и помещенной в изолированный объем рабочей камеры первичного преобразователя между вертикально соосно расположенным источником и приемником оптического излучения, причем источник оптического излучения расположен под капельной пробой, а приемник оптического излучения над ней, при этом источник оптического излучения связан с источником стабильного тока, который подключен к источнику питания, а приемник оптического излучения через усилитель фототока, связанный с источником питания, подключен к регистрирующему устройству, кроме того, в боковую стенку камеры первичного преобразователя встроен объектив видеокамеры, расположенный на одной горизонтальной оси с лежачей каплей исследуемой пробы и сфокусированный на ней, причем видеокамера подключена к персональному компьютеру, а в камере первичного преобразователя размещены термодатчики и нагревательный элемент, которые соединены с блоком терморегуляции, подключенным к источнику питания, а также испаритель воды (патент РФ №47526 на полезную модель «Устройство для оценки физических свойств биологических жидкостей», МПК G01N 33/00, 2005).
Недостатками данного технического решения является сложность процесса регулирования высоты падения капли на испытываемый образец за счет использования дозирующего устройства в виде пипеточного дозатора. Кроме того прибор не предназначен для работы в условиях отрицательных температур.
Существует прибор для определения угла контакта твердых поверхностей различными жидкостями EASY DROP немецкой фирмы «KRUSS». Данный прибор позволяет измерять поверхностное и межфазное натяжение жидкостей и рассчитывать свободную энергию поверхности твердых тел в лабораторных условиях. Данный прибор оснащен автоматической системой дозирования, столиком под образцы, высота которого регулируется с помощью рукоятки, видеокамерой с объективом увеличивающим изображение до 6 раз, записывающей изображение капли и передающей его на персональный компьютер и источником света в виде галогеновой лампы - прототип.
Недостатками данного прибора, является использование в качестве источника освещения галогеновой лампы, так как колбы галогеновых ламп сильно нагреваются, а в излучаемом галогеновой лампой спектре света присутствует вредное ультрафиолетовое излучение; возможность испытания образцов ограниченного размера в условиях отрицательных температур.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является возможность более точно измерять краевой угол смачивания твердых тел, поверхностное натяжение жидкостей и рассчитывать поверхностное натяжение композиционных материалов при отрицательных температурах, а также в условиях попеременного замораживания и оттаивания.
Это достигается тем, что устройство, включающее регулируемую стойку под образец, видеокамеру, персональный компьютер (ПК) с специализированным программным обеспечением (ПО), источник света и автоматический дозатор, дополнительно снабжено морозильной камерой, стойка под образцы выполнена автоматически регулируемой, а в качестве источника света применнена светодиодная лампа.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан вид сбоку, на фиг.2 вид сверху заявляемого устройства.
Устройство включает морозильную камеру 1, регулируемую стойку под образен 2, видеокамеру высокого разрешения 3, ПК 4 с ПО, источник света 5 и автоматический дозатор 6.
3
Морозильная камера 1 с габаритными размерами 1600×900×700, с полезным объемом камеры 0,064 м смонтирована на жестком металлическом каркасе, обеспечивающим необходимую жесткость конструкции. Пространство между внутренним рабочим объемом камеры, панелями и внутри двери заполнено теплоизолятором. Дверь оснащена смотровым окном для наблюдения за ходом эксперимента и автоматизированной системой уровня подъема стойки 2 для испытуемых образцов. Герметичность закрытой двери обеспечивается использованием силиконового уплотнителя и прижимного замка. В боковой стенке испытательный установки расположена видеокамера 3, передающая изображение и высоком качестве с максимально возможным 6-кратным увеличением для дальнейшей обработке на ПК 4 со специализированным ПО. На противоположной от камеры боковой стенке закреплен источник света 5, представляющий собой светодиодную лампу, предназначенную для работы в условиях низких температур, регулируемый по яркости, для получения качественного изображения. В верхней части камеры установлен автоматический дозатор 6 подключенный к ПК 4.
Устройство работает следующим образом.
13 корпусе экспериментальной морозильной камеры 1 на регулируемую стойку 2 устанавливается исследуемый образец композиционного материала. С помощью ПК 4 задается температурный режим эксперимента. После установления требуемой температуры включается источник света 5 и видеокамера 3. У источника света 5 выставляется необходимая яркость для получения наилучшего изображения, у видеокамеры 3 регулируется необходимая кратность увеличения изображения для записи в цифровом режиме с дальнейшей обработкой на ПК. При необходимости автоматически регулируется высота подъема стойки 2 с образцом. Специализированное ПО, установленное на ПК 4, подает сигнал на дозирующее устройство 6 для подачи требуемого объема капли жидкости на исследуемый образец. Изображение капли передается на ПК, оснащенный платой захвата изображения и передающего изображение на монитор. Специализированное ПО имеет средства для анализа изображения капли, расчета краевого угла и поверхностного натяжения исследуемого композиционного материала.
В качестве рабочей жидкости для проведения экспериментов по определению краевого угла используется водно-этанольный раствор с содержанием воды от 0% до 50%, благодаря чему можно проводить испытания композитов грунтов при отрицательных температурах окружающей среды.
Данное устройство позволяет более точно измерять краевой угол смачивания твердых тел, поверхностное натяжение жидкостей и рассчитывать поверхностное натяжение композиционных материалов при отрицательных температурах, а также в условиях попеременного замораживания и оттаивания.