Порометрия капиллярного потока

Порометрия капиллярного потока (капиллярная потоковая порометрия, англ. Capillary Flow Porosimetry или CFP) — исследование структуры пористых материалов, а именно, определение размера сквозных пор газодинамическим методом, то есть вытеснение смачивающей жидкости из сквозных пор образца путём повышения давления потоком инертного газа.

Описание

Давление (P), требуемое для выдавливания смачивающей жидкости из поры, определяется диаметром данной поры (D). Связь между этими величинами описывается уравнением Юнга-Лапласа:

P = 4 * γ / D,

где (γ) - поверхностное натяжение жидкости, контактирующей с газом. Диаметр, рассчитанный данным методом, соответствует самому узкому участку поры, представляющему наибольшее затруднение для прохождения вытесняемой жидкости.

Обычно метод CFP применяется для измерения давления в «точке пузырька», которое соответствует размеру наиболее крупной поры в мембране. Регистрация проскока пузырька газа через слой жидкости над образцом осуществляется либо визуально, либо с помощью датчика, по перепаду давления. Кроме того, метод позволяет получать информацию о минимальном и среднем размере пор, а также рассчитать полное распределение пор по размерам в образце.

При исследовании образцов с малой механической прочностью, чтобы избежать их разрушения при повышенных давлениях, подбирают жидкости с малым поверхностным натяжением (этиловый спирт, этиловый эфир, изобутиловый спирт, силиконовое масло, пентафторэфир) и хорошей смачиваемостью (cos θ = 1, где θ – это угол контакта между смачивающей жидкостью и материалом). Пентафторэфир наиболее предпочтителен, т.к. он имеет низкое поверхностное натяжение и низкое давление паров. Кроме того, он не вступает в химическое взаимодействие с материалом и не вызывает его набухание.

Методы измерений в порометрии капиллярного потока

Метод пошаговой стабилизации давления

Рекомендуется для научных исследований и разработок. Давление, необходимое для вытеснения жидкости из поры, поддерживается в течение определенного времени, а экспериментальная точка регистрируется, только если критерии стабилизации давления и скорости потока, заданные пользователем, будут достигнуты. В результате метод позволяет нивелировать структурные особенности пор с одинаковым эффективным диаметром, но с различной формой и длиной. Переход к следующей точке происходит только после того, как все поры одного размера будут освобождены от жидкости при текущем значении давления.

Метод сканирующего давления

Подача газа происходит в постоянном режиме, без промежуточной стабилизации, и экспериментальные точки регистрируются непрерывно. Такой подход позволяет получать быстрые и воспроизводимые результаты и может быть востребован при контроле качества продукции или при анализе образцов с идентичными порами.

Применение

Изначально метод капиллярной потоковой порометрии применялся для исследования сквозной пористости фильтровальных материалов; в настоящее время его активно используют для изучения пористых мембран, нетканых материалов, а также полых волокон.

Литература

• Matthias Halisch, Esther Vogt, Cornelia Müller, Angels Cano-Odena, Danny Pattyn, Patrice Hellebaut, Kees van der Kamp. Capillary flow porometry – assessment of an alternative method for the determination of flow relevant parameters of porous rocks. This paper was prepared for presentation at the International Symposium of the Society of Core Analysts held in Napa Valley. — California, USA, 16-19 September, 2013.
• Плаченов Т. Г., Колосенцев С. Д. Порометрия. — Л.: Химия, 1988. — 175 с.