УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АДГЕЗИИ МИКРОЧАСТИЦ К ТВЕРДЫМ ПОВЕРХНОСТЯМ

Заявляемое техническое решение относится к области количественной оценки адгезии мелкодисперсных порошков к твердым поверхностям, что представляет большой интерес для решения ряда научных и технических проблем.
Адгезия порошков, особенно диэлектриков (пыль, уголь, оксиды металлов и т.д.), к поверхностям из стекла, металла, полимеров, керамики, древесины возникает во многих научных и технических процессах, а также в быту и природе, что в ряде случаев приводит к нежелательному запылению твердых поверхностей. Данное техническое решение может использоваться в электронной, пищевой и деревообрабатывающей промышленности, в порошковой металлургии, в медицинских учреждениях и в быту, в тех случаях, когда для борьбы с запылением важно оценить адгезию пыли к различным подложкам. Техническое решение также может использоваться при подготовке древесных, полимерных или металлических материалов к склеиванию.
Известны устройства для оценки степени прилипания различных порошков (алмазной крошки, древесной или цементной пыли и др.) к поверхностям из различных материалов - стекла, металла, синтетических полимеров, древесины, основанные на сдуве частиц с подложки и седиментации частиц в воздушном потоке или на отрыве частиц от поверхности под действием вибрационных, ультразвуковых, центробежных сил, а также сил электромагнитного поля (А.Д.Зимон. Адгезия пыли и порошков, М.: Химия, 1980. - 432 с.; Л.А.Тюрикова. Определение адгезии порошков. - М.: Изд-во МЛТИ, 1975. - с.10-13). Недостатками известных решений являются длительное время достижения результата определения и в большинстве случаев сложность устройства.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является устройство, включающее держатель для закрепления подложки с образцом, приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки и приспособление для подсчета числа частиц (Патент на полезную модель РФ, №106749, G01N 19/04, 2011). Держатель выполнен в виде металлического цилиндрика диаметром 1 см и высотой 2 см, в верхней торцевой части которого закрепляется подложка толщиной около 1 мм, к которой проводится определение адгезионного сродства, со слоем нано- и микрочастиц диспергированного материала. Для закрепления подложки в верхней части цилиндрика-держателя по окружности выполнен бортик высотой 1 мм. В нижней части цилиндрика-держателя предусмотрен винт, позволяющий устанавливать держатель на опрокидывающийся массивный стальной цилиндр диаметром 5 см и высотой 30 см. В нижней части этого цилиндра установлен шарнир, позволяющий опрокидывать его вниз. Шарнир прикреплен к штативу, внизу которого размещена стеклянная пластина, на которую ссыпаются частицы диспергированного материала, подсчет числа частиц производится с помощью микроскопа с осветителем.
Недостатками данного устройства являются сложность конструкции держателя, трудоемкость изготовления подложек нужного размера, что сказывается на длительности процесса оценки адгезии.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение эффективности устройства за счет сокращения времени испытаний и за счет упрощения устройства.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в устройстве для определения адгезии микрочастиц к твердым поверхностям, включающем держатель для закрепления подложки с образцом, приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки и приспособление для подсчета числа частиц, держатель выполнен в виде вертикальной пластины, выполненной с возможностью закрепления на ней подложки, а приспособление для отрыва частиц с поверхности подложки выполнено в виде ударного устройства, установленного на стержне с шарниром, с возможностью нанесения им удара по подложке.
Техническая сущность предложенного решения заключается в том, что за счет упрощения устройства увеличивается скорость и простота оценки адгезионного сродства материалов различной природы.
Принципиальная схема предлагаемого устройства для определения адгезии микрочастиц к твердым поверхностям приведена на фиг.1.
Устройство для определения адгезии микрочастиц к твердым поверхностям содержит держатель 1, выполненный в виде вертикальной пластины, выполненной с возможностью закрепления на ней подложки 2, к которой проводится определение адгезионного сродства, со слоем микрочастиц диспергированного материала. Для отрыва частиц от поверхности подложки выполнено ударное устройство 3, представляющее собой цилиндр диаметром 1 см, длиной 10-15 см и массой 100 г, установленное на стержне с шарниром 4, с возможностью нанесения им удара по подложке 2. Держатель 1 и ударное устройство 3 прикреплены к штативу 5, внизу которого размещена стеклянная пластина 6, на которую ссыпаются частицы диспергированного материала.
Устройство работает следующим образом. Изготавливают подложку 2 размером 10×10 см и толщиной около 1 мм. Нанесение частиц диспергированного материала на подложку 2 осуществляется каскадным способом. Для этого порошок смешивается со стеклянными шариками из расчета 1 г порошка на 50 г шариков, и смесь с помощью лопаточки наносится на подложку 2, а затем слегка стряхивается. После скатывания шариков на поверхности подложки 2 остаются частицы порошка в виде монослоя. Подложку 2 закрепляют на держателе 1, например, с помощью двусторонней липкой ленты. Для отрыва частиц от поверхности подложки ударное устройство 3, представляющее собой цилиндр диаметром 1 см, длиной 10-15 см и массой 100 г и установленное на стержне с шарниром 4, отводят в сторону и отпускают для нанесения им удара в середину поверхности подложки 2 с прилипшими к ней частицами. Частицы диспергированного материала рассыпаются по стеклянной поверхности 6, и их количество тем меньше, чем больше величина адгезии испытуемого порошка к поверхности подложки 2.
Используя устройство для подсчета количества частиц, приходящееся на единицу площади, например решетку с насечками в 1 мкм, применяемую для оптического микроскопа, производят расчет величины адгезионного сродства. Адгезионное сродство (γ) определяется по формуле:
0
γ=(N/N)·100%,
0
где: N - число частиц, первоначально находившихся на испытуемой поверхности;
N - число частиц, оставшихся на подложке после испытания.
Предлагаемое устройство позволяет проводить определение адгезионного сродства микрочастиц материалов различной природы к различным поверхностям. Примеры некоторых указаны в табл.1
Таблица 1
Адгезионное сродство диспергированных материалов
Материал
Номинальный диаметр частиц, мкм
Поверхность, к которой проводится оценка величины адгезии
Величина адгезионного сродства, %
Цементная пыль
0,1-1,0
Сталь СТ-3
60-63
Цементная пыль
30-50
Сталь СТ-3
11-15
Древесная пыль
3-5
Сталь СТ-3
45-50
Древесная пыль
3-5
Полистирол
47-50
Древесная пыль
30-60
Древесина (береза)
15-20
Алмазная крошка
0,1-0,8
Сталь СТ-3
50-51
Алмазная крошка
0,1-0,8
Тефлон
18-23
Высокая эффективность устройства достигается особым способом отрыва микрочастиц от подложки. Простота аппаратурного оформления позволяет использовать устройство в полевых условиях.