Ультразвукове просочення

Ультразвукове просочення – це просочування композиційних матеріалів або інших складових виробів за допомогою ультразвукового капілярного ефекту внаслідок впливу ультразвуку на рідке середовище.

Застосування ультразвукового просочення

Просочення застосовуються в різних виробництвах. Найпоширеніше застосування:

• - просочування композиційних матеріалів;
• - просочування обмоток електродвигунів.

Вироби з композиційних матеріалів мають проблеми у своєму виробництві, пов'язані з просоченням в'язкою речовиною, що зв'язує. До таких виробів можна віднести:

• - базальтопластики;
• - вуглепластики;
• - склопластики.

Капілярна структура негативно позначається на якості та швидкості просочення. Висока в'язкість речовини, що зв'язує, заважає процесу видалення повітря або інших газів з капілярної структури. Це призводить до погіршення фізичних властивостей готового матеріалу. Від цієї проблеми страждають стадії багатьох технологічних процесів, таких як:

• - просочування обмоток електродвигунів;
• - надання необхідних властивостей матеріалам та виробам;
• - вилуговування;
• - виробництво нанесених каталізаторів.

Для вирішення цієї проблеми застосовують локальний вплив ультразвуком, який підвищує якість просочення та прискорює його процес.

На тривалість і повноту просочення впливають:

1. 1. Наявність газу в наповнювачі.
2. 2. Змочування твердою фазою.
3. 3. В'язкість рідини.

Отже, необхідно інтенсифікувати процеси за рахунок зниження впливу цих факторів.

Одним із способів інтенсифікації є зниження в'язкості за рахунок збільшення температури. Дане збільшення має межу обумовлену фізико-хімічними властивостями наповнювача та твердої фази.

 

Для однорідної рідини в'язкість залишається практично без змін під дією будь-яких впливів на неї. Однак, у неоднорідних і неньютонівських рідинах в'язкість може змінюватися при гідродинамічному або електричному явищі, а у полімерів в'язкість змінюється внаслідок деструкції.

Товщина прикордонного шару в потоках, що коливаються, зменшується зі зростанням частоти. Таким чином, високочастотні коливання впливають на швидкість просочення.

Капілярний ефект при ультразвуковому просоченні

Для вибору частоти коливань можна вважати, що товщина прикордонного шару повинна бути меншою за усереднений діаметр каналів або пор.

Ультразвуковий капілярний ефект своїм тиском камулятивних струменів, що з'явилися в результаті кавітації, дає необхідний коливальний ефект. Проте, не лише кавітація є джерелом постійного тиску до створення ультразвукового капілярного ефекту.

Про це свідчать такі еспериментальні факти:

1. 1. Підняття рідини по капіляру, що контактує з випромінювачем, відбувається з кавітацією і без неї.
2. 2. Зміщення рівня рідини в капілярі спостерігається при впливі на меніск капіляра ультразвуком через повітря.
3. 3. Неможливо отримати ультразвуковий капілярний ефект без коливань потоку рідини при гідродинамічній кавітації та відсутності коливань потоків у гирлі.
4. 4. Без кавітації спостерігається як позитивний ефект у капілярі, так і негативний, при низькочастотних акустичних полях.

Дані експериментальні факти і фізика ультразвукового капілярного ефекту при ультразвуковому просоченні дозволяє стверджувати, що ультразвук може бути застосований для інтенсифікації просочення і прискорити його до 2-3 разів і більше.