纺织物理第7章.pptVIP

对浸润前进后退角的测量，可采用插入法的缓慢插入测θa；缓慢拔出测θb。也可采取注入法（图6-32）测得前进角θa和后退角θb。 图6-32 浸润的前进角和后退角的测量示意 第二节 纤维的浸润性质 第30页，共55页，编辑于2022年，星期二 2. 浸润力的测量 浸润力的测量可以有竖直拔出法和水平浸入拉出法，如图6-33所示。 图6-33 浸润力测量原理图 第二节 纤维的浸润性质 第31页，共55页，编辑于2022年，星期二 （1）竖直拔出法 竖直拔出法的受力平衡为 (6-33) 式中，F为纤维拔出力；FP为浸润力；Gf为纤维的重力；Fb为纤维浸润段的浮力，即 ； ； 。 其中，P为固、液、气三相交界线的长度，即纤维截面的周长，当圆形时，P=πd，d为纤维直径；L、Af，和ρf分别为纤维的长度、截面积和密度；l和ρL分别为浸入液体的纤维长度和液体的密度。 将拔出力F换算出表面张力的表达，并令纤维为圆形截面积，可得 (6-34) 纤维表面的真实浸润表面张力 (6-35) 第二节 纤维的浸润性质 第32页，共55页，编辑于2022年，星期二 即为Wilhelmy表达式，可求液体的表面张力或cosθ，转而求γSV。竖直拔出法不适于接触角大的、柔软的纤维。 （2）水平浸入拉出法 典型的实验曲线如图6-34所示，其中(a)为纤维和液体接触过程示意图；(b)为实验过程中力值变化和时间的关系图。在时间T1以前，为纤维和纤维架逐渐进入液体中的过程。初始OA阶段，纤维架开始向下进入液体中，OA阶段的力值由于纤维架受到的浮力的增大而逐渐线性减少，但十分微小。到A点时，纤维开始接触液体，此时，力值突然增加到B点，是纤维吸着液体的表现，界面张力的变化导致了这个力值的变化。过B点后，纤维继续进入液体中，固液界面开始趋替固气界面，力值逐渐减小，至C点。当由于纤维进入液体形成的凹液面消失、液面闭合，力值突然增大回到D点。 时间T1以后，即到I点，开始向上拉纤维架，液体对纤维架浮力的减少以及移动阻力的出现，使得力值缓慢增加，直到J1点。J1点后，纤维开始被拉出液面，并附带部分液体形成液膜，随着液膜的逐渐增加，力值呈线性增大，直到J2点； 第二节 纤维的浸润性质 第33页，共55页，编辑于2022年，星期二 随着液膜的减薄和破损，力值出现非线性特征，从J2点缓慢增加到P点，然后又从P点下降到P′点。由于最后液膜破裂，力值在瞬间降至Q点。 根据上述浸润过程的现象，假设纤维为均匀细长的圆柱形，由于纤维水平进入液体中，其与液体接触的界面为圆形。对于这一浸润，接触角θ为常数，纤维受到的有效浸润力，即液体表面张力沿垂直方向的分力（?∥）大小随液体与纤维接触点的位置变化，如图6-35所示。 第二节 纤维的浸润性质 第34页，共55页，编辑于2022年，星期二 浸没 拔出 图6-34 典型的实验曲线及过程示意图 第二节 纤维的浸润性质 第35页，共55页，编辑于2022年，星期二 图6-35 液面和纤维的接触点的关系示意图 第二节 纤维的浸润性质 第36页，共55页，编辑于2022年，星期二 图6-35中，E点为液体和纤维的接触点，O′为纤维截面圆心，点A为液体和纤维的初始接触点；点D为液面闭合时液体和纤维的接触点，线BC为过E点的圆的切线，线FG为过E点的水平线。α为O′A和O′E的夹角；β为过E点的切线BC和水平线FG的交角。在浸入过程中，水平线FG和接触角θ是恒定不变的，变化的是β。理论上，总有一接触点，使β＝θ。因为，当θβ，接触点E高于液面FG线，即线a，液体表面张力沿垂直方向的分力?a⊥向下；当θβ时，接触点E将低于液面水平面，即线b，此时液体表面张力沿垂直方向的分力?b⊥向上。只有θ＝β时，接触点E位于FG线上，液体表面张力在水平方向，垂直方向的分力为零。因此，可以显微观察得到θ。但理论上可以求得接触角θ值。 首先定义浸润因子w为 (6-36) 式中，FAB和FCD分别为AB和CD段得力值，见图6-36。 当θ＝β时，有： （6-37） 第