Пена

Форма вещества Мыло Пузырьки пены

Пена - это объект, образованный захватывающими карманами газ в жидкости или твердом веществе.

Губка для ванны и головка на стакане пива являются примерами пен. В большинстве пен объем газа велик, с тонкими пленками жидкости или твердого вещества, разделяющими области газа. Мыльные пены также известны как пена .

Твердые пены могут быть с закрытыми порами или с открытыми порами. В пенопласте с закрытыми порами газ образует дискретные карманы, каждый из которых полностью окружен твердым материалом. В пене с открытыми порами газовые карманы соединяются друг с другом. Губка для ванны - пример пены с открытыми порами: вода легко протекает через всю конструкцию, вытесняя воздух. походный коврик является примером пены с закрытыми порами: газовые карманы изолированы друг от друга, поэтому мат не может впитывать воду.

Пены являются примерами дисперсной среды. Как правило, газ присутствует, поэтому он разделяется на пузырьки газа разного размера (т. Е. Материал полидисперсный ), разделенных жидкими областями, которые могут образовывать пленки, более тонкие и тонкие, когда жидкая фаза стекает из система снимает. Когда основной масштаб невелик, то есть для очень мелкой пены, эту дисперсную среду можно рассматривать как тип коллоида.

. Пена также может относиться к чему-то, что аналогично пене, например, к квантовой пене ., пенополиуретан (поролон ), пенополистирол, полистирол, фенол или многие другие пены другого производства.

• 1 Структура
• 2 Механические свойства твердой пены
• 3 Образование
• 4 Стабильность
  • 4.1 Стабилизация
  • 4.2 Дестабилизация
• 5 Эксперименты и характеристики
• 6 Области применения
  • 6.1 Жидкая пена
  • 6.2 Твердая пена
  • 6.3 Синтаксическая пена
  • 6.4 Интегральная пена для обшивки
• 7 Пеногаситель
• 8 Скорость звука
• 9 Галерея
• 10 Шкалы и свойства пены
• 11 См. Также
• 12 Ссылки
• 13 Литература
• 14 Внешние ссылки

Пена во многих случаях является многомасштабной системой.

Порядок и беспорядок пузырьков в поверхностной пене

Один масштаб - это пузырь: материал пены обычно неупорядочены и имеют множество размеров пузырьков. При больших размерах исследование идеализированных пен тесно связано с математическими проблемами минимальных поверхностей и трехмерных мозаик, также называемых сотами. Структура Вейра-Фелана считается наилучшей (оптимальной) элементарной ячейкой идеально упорядоченной пены, в то время как законы Плато описывают, как мыльные пленки образуют структуры в пены.

В масштабе меньшем, чем пузырь, - это толщина пленки для метастабильных пен, которую можно рассматривать как сеть взаимосвязанных пленок, называемых ламелями. В идеале ламели соединяются триадами и расходятся на 120 ° наружу от точек соединения, известных как границы плато.

. Еще меньший масштаб - это граница раздела жидкость-воздух на поверхности пленки. В большинстве случаев эта граница раздела стабилизируется слоем амфифильной структуры, часто состоящей из поверхностно-активных веществ, частиц (эмульсия Пикеринга ) или более сложных ассоциаций.

Твердые пены, как с открытыми, так и с закрытыми ячейками, рассматриваются как подкласс ячеистых структур. Они часто имеют более низкую узловую связь по сравнению с другими ячеистыми структурами, такими как соты и решетчатые фермы, и, таким образом, в их механизме разрушения преобладает изгиб элементов. Низкая узловая связь и возникающий в результате механизм разрушения в конечном итоге приводят к их более низкой механической прочности и жесткости по сравнению с сотовыми решетками и ферменными решетками.

Для производства пены необходимы несколько условий: должна быть механическая работа, поверхностно-активные компоненты (поверхностно-активные вещества), снижающие поверхностное натяжение, и образование пены быстрее, чем ее разрушение. Чтобы создать пену, требуется работа (W) для увеличения площади поверхности (ΔA):

$W\; =\; \gamma \; \Delta \; A\; \{\backslash \; displaystyle\; W\; =\; \backslash \; gamma\; \backslash \; Delta\; A\; \backslash ,\; \backslash !\}$

где γ - поверхностное натяжение.

Один из способов образования пены - это диспергирование, когда большое количество газа смешивается с жидкостью. Более конкретный метод диспергирования включает нагнетание газа через отверстие в твердом теле в жидкость. Если этот процесс завершается очень медленно, то из отверстия может выходить по одному пузырю, как показано на рисунке ниже.

Одна из теорий определения времени разделения показана ниже; однако, хотя эта теория дает теоретические данные, которые согласуются с экспериментальными данными, отделение из-за капиллярности считается лучшим объяснением.

Поднимающийся пузырек из отверстия

Сила плавучести поднимает пузырек, что составляет

$F\; b\; =\; V\; g\; (\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{b\}\; =\; Vg\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})\; \backslash !\}$

где $V\; \{\backslash \; displaystyle\; V\}$- объем пузыря, $г\; \{\; \backslash \; displaystyle\; g\}$- ускорение свободного падения, а ρ 1 - плотность газа, ρ 2 - плотность жидкости. Сила, действующая против силы плавучести, - это сила поверхностного натяжения, которая равна

$F\; s\; =\; 2\; r\; \pi \; \gamma \; \{\backslash \; displaystyle\; F\_\; \{s\}\; =\; 2r\; \backslash \; pi\; \backslash \; gamma\; \backslash !\}$,

где γ - поверхностное натяжение, а $r\; \{\backslash \; displaystyle\; r\}$- радиус отверстия. Чем больше воздуха вдавливается в пузырек, тем быстрее растет сила плавучести, чем сила поверхностного натяжения. Таким образом, отрыв происходит, когда выталкивающая сила достаточно велика, чтобы преодолеть силу поверхностного натяжения.

$V\; g\; (\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)>2\; р\; \pi \; \gamma \; \{\backslash \; displaystyle\; Vg\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})>2r\; \backslash \; pi\; \backslash \; gamma\; \backslash !\}$401>Кроме того, если пузырек рассматривается как сфера с радиусом $R\; \{\backslash \; displaystyle\; R\}$и объемом $V\; \{\backslash \; displaystyle\; V\}$заменяется в приведенное выше уравнение, разделение происходит в момент, когда

$R\; 3\; =\; 3\; r\; \gamma \; 2\; g\; (\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; R\; ^\; \{3\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{3r\; \backslash \; gamma\}\; \{\; 2g\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})\}\}\; \backslash !\}$

Рассматривая это явление с точки зрения капиллярности пузыря, который формируется очень медленно, можно предположить, что давление $p\; \{\backslash \; displaystyle\; p\}$внутри везде постоянно. Гидростатическое давление в жидкости обозначается $p\; 0\; \{\backslash \; displaystyle\; p\_\; \{0\}\}$. Изменение давление на границе раздела от газа к жидкости равно капиллярному давлению; h ence,

$p\; -\; p\; 0\; знак\; равно\; \gamma \; (1\; R\; 1\; +\; 1\; R\; 2)\; \{\backslash \; displaystyle\; p-p\_\; \{0\}\; =\; \backslash \; gamma\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{1\}\}\}\; +\; \{\; \backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{2\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash !\}$

где R 1 и R 2 - радиусы кривизны и заданы как положительные. На ножке пузыря R 3 и R 4 - это радиусы кривизны, которые также считаются положительными. Здесь гидростатическое давление в жидкости должно учитывать z - расстояние от вершины до стержня пузыря. Новое гидростатическое давление на ножке пузыря p 0(ρ1- ρ 2) z. Гидростатическое давление уравновешивает капиллярное давление, которое показано ниже:

$p\; -\; p\; 0\; -\; (\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)\; gz\; =\; \gamma \; (1\; R\; 3\; +\; 1\; R\; 4)\; \{\backslash \; displaystyle\; p-p\_\; \{0\}\; -\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})\; gz\; =\; \backslash \; gamma\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{3\}\}\}\; +\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{4\}\}\}\; \backslash \; справа)\; \backslash !\}$

Наконец, разница в верхнем и нижнем давлении равна изменению гидростатического давления:

$(\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)\; gz\; =\; \gamma \; (1\; R\; 1\; +\; 1\; R\; 2\; -\; 1\; R\; 3\; -\; 1\; р\; 4)\; \{\backslash \; displaystyle\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})\; gz\; =\; \backslash \; gamma\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{1\}\}\}\; +\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{2\}\}\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{3\}\}\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{4\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash !\}$

У основания пузыря форма пузыря близка к цилиндрической; следовательно, либо R 3, либо R 4 велико, в то время как другой радиус кривизны мал. По мере увеличения длины ножки пузыря он становится более нестабильным, так как один из радиусов увеличивается, а другой сжимается. В определенный момент вертикальная длина штанги превышает окружность штанги, и из-за сил плавучести пузырь отделяется, и процесс повторяется.

Стабильность

Стабилизация

Эффект Марангони пленки эффект Марангони пленки (2)

Стабилизация пены вызывается силами Ван-дер-Ваальса между молекулами в пене, двойными электрическими слоями создается диполярными поверхностно-активными веществами, и эффектом Марангони, который действует как восстанавливающая сила для ламелей.

Эффект Марангони зависит от того, что пенящаяся жидкость загрязнена. Обычно поверхностно-активные вещества в растворе снижают поверхностное натяжение. Поверхностно-активные вещества также слипаются на поверхности и образуют слой, как показано ниже.

Чтобы возник эффект Марангони, пена должна иметь отступ, как показано на первом рисунке. Эта выемка увеличивает локальную площадь поверхности. Поверхностно-активные вещества имеют большее время диффузии, чем основная масса раствора, поэтому поверхностно-активные вещества меньше концентрируются в углублении.

Кроме того, растяжение поверхности увеличивает поверхностное натяжение пятна с выемкой, чем окружающей области. Следовательно, поскольку время диффузии поверхностно-активных веществ велико, эффект Марангони успевает проявиться. Разница в поверхностном натяжении создает градиент, который вызывает поток жидкости из областей с более низким поверхностным натяжением в области с более высоким поверхностным натяжением. На втором изображении пленка находится в равновесии после того, как произошел эффект Марангони.

Дестабилизация

Рыбчинский и Хадамар разработали уравнение для расчета скорости пузырьков, поднимающихся в пене, исходя из предположения, что пузыри имеют сферическую форму с радиусом $r\; \{\backslash \; displaystyle\; r\}$.

$u\; =\; 2\; gr\; 2\; 9\; \eta \; 2\; (\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)\; (3\; \eta \; 1\; +\; 3\; \eta \; 2\; 3\; \eta \; 1\; +\; 2\; \eta \; 2)\; \{\; \backslash \; displaystyle\; u\; =\; \{\backslash \; frac\; \{2gr\; ^\; \{2\}\}\; \{9\; \backslash \; eta\; \_\; \{2\}\}\}\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{3\; \backslash \; eta\; \_\; \{1\}\; +3\; \backslash \; eta\; \_\; \{2\}\}\; \{3\; \backslash \; eta\; \_\; \{1\}\; +2\; \backslash \; eta\; \_\; \{2\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash !\}$

со скоростью в сантиметрах в секунду. ρ 1 и ρ 2 - плотность газа и жидкости соответственно в г / см и 1 и ῃ 2 - вязкость газа и жидкости, г / см · с; g - ускорение в см / с.

Однако, поскольку плотность и вязкость жидкости намного больше, чем у газа, плотностью и вязкостью газа можно пренебречь, что дает новое уравнение для скорости подъема пузырьков следующим образом:

$u\; =\; gr\; 2\; 3\; \eta \; 2\; (\rho \; 2)\; \{\backslash \; displaystyle\; u\; =\; \{\backslash \; frac\; \{gr\; ^\; \{2\}\}\; \{3\; \backslash \; eta\; \_\; \{2\}\}\}\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\})\; \backslash !\}$

Однако, путем экспериментов было показано, что более точная модель всплытия пузырей:

$u\; =\; 2\; gr\; 2\; 9\; \eta \; 2\; (\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)\; \{\backslash \; displaystyle\; u\; =\; \{\backslash \; frac\; \{2gr\; ^\; \{2\}\}\; \{9\; \backslash \; eta\; \_\; \{2\}\}\}\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})\; \backslash !\}$

Отклонения вызваны эффектом Марангони и капиллярным давлением, которые влияют на предположение, что пузыри имеют сферическую форму. Для давления Лапласа изогнутой границы раздела газ-жидкость два основных радиуса кривизны в точке равны R 1 и R 2. При изогнутой границе раздела давление в одной фазе больше, чем давление в другой фазе. Капиллярное давление P c определяется уравнением:

$P\; c\; =\; \gamma \; (1\; R\; 1\; +\; 1\; R\; 2)\; \{\backslash \; displaystyle\; P\_\; \{c\}\; =\; \backslash \; gamma\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{1\}\}\}\; +\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{2\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash !\}$,

где $\gamma \; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; gamma\}$поверхностное натяжение. Пузырь, показанный ниже, представляет собой газ (фаза 1) в жидкости (фаза 2), и точка A обозначает верхнюю часть пузырька, а точка B обозначает дно пузырька.

Пузырь для гидростатического давления

В верхней части пузырька в точке A предполагается, что давление в жидкости равно p 0, а также в газе. Внизу пузыря в точке B гидростатическое давление составляет:

$PB,\; 1\; =\; p\; 0\; +\; g\; \rho \; 1\; z\; \{\backslash \; displaystyle\; P\_\; \{B\},\; 1\; =\; p\_\; \{0\}\; +\; g\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\; \}\; z\; \backslash !\}$

$PB,\; 2\; =\; p\; 0\; +\; g\; \rho \; 2\; z\; \{\backslash \; displaystyle\; P\_\; \{B\},\; 2\; =\; p\_\; \{0\}\; +\; g\; \backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; z\; \backslash !\}$

где ρ 1 и ρ 2 - плотность для газа и жидкости соответственно. Разница гидростатического давления в верхней части пузырька равна 0, в то время как разница гидростатического давления в нижней части пузырька на границе раздела фаз составляет gz (ρ 2 - ρ 1). Если предположить, что радиусы кривизны в точке A равны и обозначены как R A, а радиусы кривизны в точке B равны и обозначены как R B, тогда разница в капиллярной давление между точкой A и точкой B составляет:

$P\; c\; =\; 2\; \gamma \; (1\; RA\; -\; 1\; RB)\; \{\backslash \; displaystyle\; P\_\; \{c\}\; =\; 2\; \backslash \; gamma\; \backslash \; left\; (\{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{A\}\})\; \}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{B\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash !\}$

В состоянии равновесия разница в капиллярном давлении должна уравновешиваться разницей в гидростатическом давлении. Следовательно,

$gz\; (\rho \; 2\; -\; \rho \; 1)\; =\; 2\; \gamma \; (1\; RA\; -\; 1\; RB)\; \{\backslash \; displaystyle\; gz\; (\backslash \; rho\; \_\; \{2\}\; -\; \backslash \; rho\; \_\; \{1\})\; =\; 2\; \backslash \; gamma\; \backslash \; left\; (\{\; \backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{A\}\}\}\; -\; \{\backslash \; frac\; \{1\}\; \{R\_\; \{B\}\}\}\; \backslash \; right)\; \backslash !\}$

Поскольку плотность газа меньше плотности жидкости левая часть уравнения всегда положительна. Следовательно, величина, обратная R A, должна быть больше, чем R B. Это означает, что от вершины пузыря к основанию пузыря радиус кривизны увеличивается. Поэтому, если не пренебрегать гравитацией, пузыри не могут быть сферическими. Кроме того, с увеличением z это вызывает разницу в R A и R B, что означает, что пузырек больше отклоняется от своей формы, чем больше он растет.

Дестабилизация пены происходит по нескольким причинам. Во-первых, гравитация вызывает стекание жидкости в пенопласт, что Рыбчинский и Хадамар включают в свою теорию; однако пена также дестабилизируется из-за осмотического давления, вызывает дренаж от ламелей к границам плато из-за внутренней разницы концентраций в пене, а давление Лапласа вызывает диффузию газа от малых до больших пузыри из-за разницы давлений. Кроме того, пленки могут разрушаться под расклинивающим давлением. Эти эффекты могут приводить к перестройке структуры пены в масштабах больше, чем пузырьки, которые могут быть индивидуальными (процесс T1 ) или коллективными ( даже типа "лавины").

Эксперименты и характеристики

Будучи многомасштабной системой, включающей множество явлений, и универсальной средой, пену можно изучать с помощью множества различных методов. Принимая во внимание различные масштабы, экспериментальные методы являются дифракционными, в основном методами светорассеяния (DWS, см. Ниже, статическое и динамическое рассеяние света, рентгеновское излучение и рассеяние нейтронов) в субмикрометровых масштабах или микроскопические. Если рассматривать систему как непрерывную, ее объемные свойства можно охарактеризовать не только по светопропусканию, но и по проводимости. О соотношении структуры и объема более точно свидетельствует акустика, в частности. Организация между пузырьками изучалась численно с использованием последовательных попыток эволюции минимальной поверхностной энергии либо случайным образом (модель Потта), либо детерминированным способом (поверхностная эволюция). Эволюцию во времени (т.е. динамику) можно смоделировать с помощью этих моделей или модели пузырьков (Дуриана), которая рассматривает движение отдельных пузырьков.

Наблюдения за мелкомасштабной структурой можно проводить, освещая пену лазерным светом или рентгеновскими лучами и измеряя коэффициент отражения пленок между пузырьками. Наблюдения за глобальной структурой можно проводить с помощью рассеяния нейтронов.

Отражение излучения пеной Принцип измерения многократного рассеяния света в сочетании с вертикальным сканированием

Типичный оптический метод светорассеяния (или диффузии), многократное рассеяние света в сочетании с вертикальным сканированием, является наиболее широко используемым методом для наблюдения за состоянием дисперсии продукта, тем самым выявляя и количественно оценивая явления дестабилизации. Работает на любых концентрированных дисперсиях без разбавления, в том числе на пенах. Когда свет проходит через образец, он отражается пузырьками. Интенсивность обратного рассеяния прямо пропорциональна размеру и объемной доле дисперсной фазы. Следовательно, локальные изменения концентрации (дренаж, синерезис ) и глобальные изменения размера (созревание, коалесценция) обнаруживаются и контролируются.

Области применения

Жидкие пены

Жидкие пены могут использоваться в огнестойких пенах, например, тех, которые используются при тушении пожаров, особенно горение масла.

В некотором смысле дрожжевой хлеб представляет собой пену, так как дрожжи заставляют хлеб подниматься, производя крошечные пузырьки газа в тесте. Под тестом традиционно понимали пену с закрытыми порами, в которой поры не соединяются друг с другом. При резке теста газ высвобождается в надрезанных пузырьках, но газ из остальной части теста не выходит. Когда тесту позволяют подняться слишком далеко, оно превращается в пену с открытыми ячейками, в которой соединены газовые карманы. Теперь, если тесто разрезать или иным образом сломать поверхность, может выйти большой объем газа, и тесто разрушится. Открытую структуру вспученного теста легко заметить: оно состоит не из дискретных пузырьков газа, а из газового пространства, заполненного нитками пасты из муки и воды. Недавние исследования показали, что пористая структура хлеба на 99% связана в одну большую вакуоль, таким образом, пена с закрытыми ячейками влажного теста превращается в твердую пену с открытыми ячейками в хлебе.

Уникальное свойство газожидкостных пен с очень высокой удельной поверхностью используется в химических процессах пенной флотации и фракционирования пены.

Твердых пен

Твердые пены представляют собой класс легких материалы для сотовой инженерии. Эти пены обычно делятся на два типа в зависимости от их пористой структуры: пены с открытыми ячейками (также известные как сетчатые пены ) и пены с закрытыми ячейками. При достаточно высоком разрешении ячеек любой тип можно рассматривать как сплошные или «сплошные» материалы и относить к ним с предсказуемыми механическими свойствами.

Пены с открытыми ячейками содержат поры, которые соединены друг с другом и образуют взаимосвязанную сеть, которая является относительно мягкой. Пены с открытыми ячейками заполняются окружающим их газом. При заполнении воздухом получается относительно хороший изолятор, но если открытые ячейки заполняются водой, изоляционные свойства ухудшаются. Недавние исследования сосредоточились на изучении свойств пенопласта с открытыми ячейками как изоляционного материала. Были произведены биопены из пшеничного глютена / TEOS, обладающие такими же изолирующими свойствами, что и пеноматериалы, полученные из ресурсов нефти. Пенопласт - это поролон с открытыми порами.

Пенопласты с закрытыми ячейками не имеют взаимосвязанных пор. Пенопласты с закрытыми порами обычно имеют более высокую прочность на сжатие благодаря своей структуре. Однако пены с закрытыми порами также, как правило, более плотные, требуют большего количества материала и, как следствие, более дороги в производстве. Закрытые ячейки могут быть заполнены специальным газом для улучшения изоляции. Пенопласты со структурой с закрытыми порами имеют более высокую стабильность размеров, низкие коэффициенты влагопоглощения и более высокую прочность по сравнению с пенопластами с открытыми порами. Все типы пены широко используются в качестве материала сердцевины в композитных материалах с сэндвич-структурой.

Самое раннее известное инженерное использование ячеистых твердых тел связано с древесиной, которая в своей сухой форме представляет собой пену с закрытыми порами, состоящую из лигнина, целлюлозы и воздуха. С начала 20 века стали использоваться различные типы специально изготовленных твердых пенопластов. Низкая плотность этих пенопластов делает их превосходными в качестве теплоизоляционных изоляторов и флотационных устройств, а их легкость и сжимаемость делают их идеальными в качестве упаковочных материалов и набивок.

Пример использования азодикарбонамида в качестве вспенивающего агента обнаружен при производстве винила (ПВХ) и пенопласта EVA-PE, где он играет роль в образовании пузырьков воздуха при разложении на газ при высокой температуре.

Случайная или «стохастическая» геометрия этих пен также делает их хорошими для поглощения энергии. В конце 20-го - начале 21-го века новые технологии производства позволили получить геометрию, которая обеспечивает превосходную прочность и жесткость на вес. Эти новые материалы обычно называют спроектированными твердыми ячеистыми материалами.

Синтаксическая пена

Особый класс пенопластов с закрытыми порами, известный как синтаксическая пена, содержит полые частицы, внедренные в матричный материал. Сферы могут быть изготовлены из нескольких материалов, включая стекло, керамику и полимеры. Преимущество синтаксических пен состоит в том, что они имеют очень высокое отношение прочности к весу, что делает их идеальными материалами для многих применений, включая глубоководные и космические применения. В одном конкретном синтаксическом пенопласте в качестве матрицы используется полимер с памятью формы, что позволяет пенопласту приобретать характеристики смол с памятью формы и композитных материалов ; т.е. он имеет способность многократно изменять форму при нагревании выше определенной температуры и охлаждении. Пенопласты с памятью формы имеют множество возможных применений, таких как динамическая структурная опора, гибкая вспененная сердцевина и вспененный наполнитель.

Интегральная пена для обшивки

Интегральная пена для обшивки, также известная как пена для самостоятельной обшивки, представляет собой тип пены с оболочкой высокой плотности и сердцевиной низкой плотности. Он может быть сформирован в процессе открытой или закрытой формы. В процессе открытой формы два реактивных компонента смешиваются и выливаются в открытую форму. Затем форму закрывают, и смеси дают возможность расшириться и затвердеть. Примеры изделий, произведенных с использованием этого процесса, включают подлокотники, детские сиденья, подошвы для обуви и матрасы. Процесс закрытой формы, более известный как реактивное литье под давлением (RIM), инжектирует смешанные компоненты в закрытую форму под высоким давлением.

Defoaming

Пена, в этом случае, означающее «пузырьковая жидкость», также образуется как часто нежелательный побочный продукт при производстве различных веществ. Например, пена является серьезной проблемой в химической промышленности, особенно для биохимических процессов. Многие биологические вещества, например белки, легко образуют пену при перемешивании или аэрации. Пена представляет собой проблему, потому что она изменяет поток жидкости и блокирует перенос кислорода из воздуха (тем самым предотвращая микробное дыхание в аэробных процессах ферментации ). По этой причине для предотвращения этих проблем добавляются пеногасители, такие как силиконовые масла. Химические методы контроля пенообразования не всегда желательны в связи с проблемами (например, загрязнение, снижение массопереноса ), которые они могут вызвать, особенно в пищевой и фармацевтической промышленности, где качество продукции имеет большое значение. Механические методы предотвращения пенообразования встречаются чаще, чем химические.

Скорость звука

Акустическая характеристика скорости звука через пену представляет интерес при анализе отказов гидравлических компонентов. Анализ включает расчет общих гидравлических циклов до усталостного разрушения. Скорость звука в пене определяется механическими свойствами газа, образующего пену: кислород, азот или их комбинации.

Предположение, что скорость звука основана на свойствах жидкости, приводит к ошибкам при расчете циклов усталости и выходу из строя механических гидравлических компонентов. Использование акустических преобразователей и связанных с ними приборов, которые устанавливают низкие пределы (0–50 000 Гц со спадом), вызывает ошибки. Низкий спад во время измерения фактической частоты акустических циклов приводит к ошибкам в расчетах из-за фактических гидравлических циклов в возможных диапазонах 1–1000 МГц или выше. Контрольно-измерительные системы наиболее показательны, когда полоса пропускания циклов превышает фактические измеренные циклы в 10–100 раз. Затраты на сопутствующие приборы также увеличиваются в 10–100 раз.

Большинство движущихся гидромеханических компонентов работают в цикле от 0 до 50. Гц, но унесенные пузырьки газа, приводящие к пенистому состоянию соответствующей гидравлической жидкости, приводят к фактическим гидравлическим циклам, которые могут превышать 1000 МГц, даже если движущиеся механические компоненты не работают с более высокой тактовой частотой.

Галерея

• 

  Крупный план морской пены (разлагающийся планктон ) на приливном бассейне

• 

  Вспененный алюминий

• 

  Микрофотография вспененного материала (с эффектом памяти)

• 

  Силиконовая пена проникающего уплотнения

• 

  Diet Coke и Mentos пены » гейзер "

• 

  Промышленное КТ сканирование шарика из пенопласта

• 

  Пенополистирол амортизация

Шкалы и свойства пенопласта

См. также

• Сэндвич из алюминиевой пены
• Баллистическая пена
• Хаотический пузырь
• Металлическая пена
• Nanofoam
• Ocean пена
• Обратимо собираемые ячеистые композитные материалы

Ссылки

Литература

• Томас Хипке, Гюнтер Ланге, Рене Посс: Taschenbuch für Aluminiumschäume. Aluminium-Verlag, Дюссельдорф 2007, ISBN 978-3-87017-285-5.
• Ханнелоре Диттмар-Ильген: Metalle lernen schwimmen. В: Dies.: Wie der Kork-Krümel ans Weinglas kommt. Hirzel, Stuttgart 2006, ISBN 978-3-7776-1440-3, S. 74.

Внешние ссылки

Искать пена в Викисловаре, бесплатном словаре.

На Викискладе есть материалы, связанные с пеной.

• Эндрю М. Крайник, Дуглас А. Рейнельт, Франк ван Свол Структура случайной монодисперсной пены
• Технология водной пены
• D. Л. Уир, Стефан Хатцлер (1999) Физика пен
• Мориарти, Филип (2010). «Физика пены». Шестьдесят символов. Брэди Харан для Ноттингемского университета.