Предел намокания: Приложение — Коммерсантъ Home&Interiors (82871)

Приложение — Коммерсантъ Home&Interiors (82871)

Дизайнер Роберт Стерн о сталинском ампире и о том, как изменилась Москва в новом тысячелетии

— Русская Революция 1917 года попыталась сокрушить устои, в том числе архитектурные. Так появился конструктивизм. Но в 1930-х маятник снова качнулся в сторону классики. Почему это произошло?

— Термин «конструктивизм» в большей степени относится к нереализованным проектам архитектора Татлина. Здания были, как правило, не очень хорошо сконструированы и потому некачественно построены, вот почему многие из них не сохранились. Кроме того, слишком революционный конструктивизм был основан на разрыве с прошлым и отрезал людей от привычного пространства, а люди хотят чувствовать принадлежность к своей истории. Возврата в прошлое никто не жаждет, но нам важно знать, откуда мы пришли, из чего произошел наш мир и куда он идет. Это главная причина того, что конструктивизм оказался непопулярен, а классика взяла свое. Американские здания, построенные при «Новом курсе» президента Рузвельта, похожи на дома, возведенные при национал-социализме Гитлера в Германии, при Иосифе Сталине в России, а также во Франции, Италии.

Это была аскетичная, строгая версия классической архитектуры. СССР ввел стиль классического города в современный мир так, как западный мир не смог сделать. Это очень интересно.?

— Неоклассицизм, в котором вы работаете, что он впитал в себя из старой школы, а что отбросил?

— Классицизм диктует порядок, дисциплину, чувство согласованного планирования, дает вам словарь, который вы можете использовать экономно или широко. Неоклассицизм — это классицизм аскетичный. Вообще, застывших стилей нет, местное часто смешивается с универсальным, чтобы привязать здание именно к конкретной стране, конкретному городу. Если вы едете по Москве, то видите красивые церкви, частные особняки XIX века. Они классичны и в то же время выражают что-то очень русское (хотя архитекторами часто были итальянцы). Классическая архитектура может быть локальной и глобальной одновременно — это то, что нам нужно сегодня.

— Так что же неоклассицизм отверг?

— Он отклонил излишества барокко, чрезмерную декоративность рококо и призвал к эстетическому порядку.

— Где неоклассицизм лучше всего прижился?

— Есть много неоклассических зданий в России, например в Санкт-Петербурге и Москве. В США в этот же период ничего практически не существовало: в начале XIX века мы строили очень скромные здания. Когда Россия была богатой империей, мы были еще очень бедной страной, но все равно есть прекрасные небольшие строения, которые достойны подражания.

— Что вас удивило в архитектурном облике Москвы? Каковы ее особенности?

— Здания после Перестройки все сделаны из смешанных форм, блестящих материалов, у них нет продуманной композиции. Это плохой пример постмодернизма. Но мне очень нравятся дома начала XIX века в стиле модерн, многие постройки сталинской эпохи.

— Есть страны, которые отличаются неповторимой национальной архитектурой. Какая из них вас привлекает и вдохновляет?

— Я не думаю, что современные страны имеют неповторимую национальную архитектуру. Нельзя сказать, что вся Россия неоклассическая. Или что во всей Франции есть единый национальный архитектурный стиль и это только рококо. Когда я приезжаю в новую страну, то смотрю на нее не как турист, а как архитектор. Открываю что-то новое, собираю драгоценные бусины, из которых потом получается жемчужное ожерелье. Это вдохновляет.

— Что, с вашей точки зрения, психологически комфортно в архитектуре??

— Это когда вы можете посмотреть на что-либо во второй раз. Большие здания, построенные в прошлом, их я люблю, они монументальны. Часть работы архитектора — обращать внимание на детали, иметь достаточно денег для того, чтобы клиент смог реализовать замыслы. Если вы цинично говорите «я не могу этого сделать» или «мой клиент не будет тратить на это…», то вы проиграли еще до того, как вы вышли на «поле боя». Я стараюсь согласовывать здания с окружающей средой. В конце 1990-х и начале 2000-х в Москве был строительный бум, и некоторые здания, построенные тогда, страшноваты, вырваны из контекста. Посмотрите на монументальные строения, возведенные при Сталине, и на постройки XIX века! Москва невероятно богатый город-космополит, и если вы любите эти здания, почему бы не продолжать строить в том же духе? Российской столице нужно немного больше связности, согласованности и ясности в архитектуре.

— С какими материалами вы предпочитаете работать?

— В экстерьере я люблю камень. Нет двух одинаковых камней. Мне также нравится кирпич: в нем чувствуется рука мастера, который кладет каждый кирпич на свое место. Мы строим много проектов из дерева в Соединенных Штатах — с этим материалом можно делать удивительные вещи. А вот использование железобетона на фасадах мне не нравится. Бетон чутко реагирует на погоду: он намокает, остается влажным в течение нескольких дней и трескается, если температура поднимается или опускается. Мы используем бетон для возведения конструктива, а в облицовке — другие отделочные материалы, которые создают красивые поверхности.

Фото: Robert A.M. Stern Architects

— Как вы относитесь к зданиям из стекла и металла?

— У них есть свое место в городском пейзаже, но их надо строить по назначению. В юности, когда я был студентом архитектуры, а Мис ван дер Роэ — богом архитектуры, сталь, стекло и бронза использовались широко.

Но некоторые архитекторы зачастую используют данные материалы только потому, что не хотят думать и творить самостоятельно. Я ни в коем случае не противник «новой» архитектуры — так, если мы строим большое офисное здание, то облицовываем его стеклом, потому что это подходящий материал для такого проекта.

— За какими строительными материалами будущее??

— Всегда будет появляться что-то новое. Я не могу предсказать вам будущее. Недавно произошли удивительные открытия в производстве стекла — его качество стало намного выше, увеличилась способность контролировать температуру. Стекла в облицовке зданий теперь могут быть более элегантными и эффективными, чем 15 лет назад.

— Когда вы преподаете архитектуру ученикам, что вы пытаетесь им привить в первую очередь??

— Внимательно смотреть на предметы, формы, материалы. Чтобы понимать, как будет выглядеть архитектура, когда они станут лидерами в своей профессии. Я хочу научить их самостоятельно мыслить, не замыкаться на стиле или каком-то моменте.

Кроме того, талант должен соседствовать с интеллектом. Есть рок-звезды, которые умеют петь, но при этом они форменные идиоты — к тому времени, когда им исполняется 30 лет, они уже уничтожены кокаином, сидят без денег. Это пустая трата таланта. Важно понять, как развивается талант, и уметь выводить его на следующий уровень. Самое слабое место архитекторов заключается в том, что они часто строят для других архитекторов, а не для людей — это ошибка.?

— Какова для вас максимальная этажность здания?

?

— Когда я рос, Empire State Building был настолько высок, что казался выше некуда. Но сегодня предел — только небо.

Беседовала Ольга Воронова


Свойства кожи I и II классов при сжатии

Свойства кожи при сжатии особо характеризуют жесткие кожи I и II классов ввиду того что детали низа — подошва и каблук — в носке подвергаются повторному сжатию. Кроме того, показатели свойств кожи при сжатии имеют значение и с точки зрения поведения кожи в производстве при формовании из них деталей обуви давлением.

Метод испытания кожи на сжатие недостаточно разработан, что несколько занижает значение получаемых данных. Не уточнено влияние толщины кожи, возрастание которой снижает предел прочности, при сжатии, а также сил трения между поверхностями сжимающих плит и кожей, с ростом которых предел прочности увеличивается.

Для испытания на сжатие рекомендуются круглые образцы площадью в 1 см2, при которой сравнительно мало сказывается влияние площади образца на результаты. Кривые связи между деформациями и напряжениями при сжатии жесткой кожи хромрастительного дубления при разной влажности представлены на рис. 20. Из рассмотрения кривых можно заключить, что они аналогичны кривым растяжения мягкой кожи.

На первоначальном участке их имеется выпуклость в сторону оси деформаций, обусловленная легким уплотнением волокнистой структуры материала, с уменьшением пористости между структурными элементами, вероятней всего между фибриллами. Дальнейшее сжатие производит разрушение фибрилл, возможно, до макромолекул, связь между которыми электровалентная и водородная, и образец обращается в массу макромолекул, отделенных друг от друга.

Рис. 20. Кривая сжатия кожи хромрастительного дубления при различном содержании влаги (по Закатовой): 1 — 10%, 2 — 15%, 3 — 38%, 4 — 44%, 5 — кожа после намокания и сушки (W 17%).

Начало разрушения кожи при сжатии происходит примерно при нагрузке 0,8 от разрушающей, что сказывается на уменьшении кажущегося удельного веса, который до момента достижения этой нагрузки увеличивается. Предел прочности жесткой кожи при сжатии примерно в 10 раз больше, чем при растяжении. Это можно объяснить тем, что при разрушении сжатием приходится разрушать связи, имеющие химический характер, тогда как при растяжении приходится преодолевать силы поверхностные, имеющие физический характер.

Водородная и межмакромолекулярная электровалентная связь способны сильно гидратироваться; вследствие гидратации взаимодействие между макромолекулами сильно уменьшается. Этим и можно объяснить сильное уменьшение прочности при сжатии при увлажении образца, тогда как при растяжении предел прочности при увлажнении резко возрастает.

Величина предела прочности при сжатии в значительной мере зависит от плотности волокнистой структуры кожи, а следовательно, от содержания в ней гольевого вещества. Поэтому в хромовой жесткой коже предел прочности выше, чем в краснодубной. Влияние 24-часового намокания в разных видах жесткой кожи на величину предела прочности иллюстрируется в табл. 9.

Таблица 9

Влияние влаги на предел прочности различных видов жесткой кожи при сжатии.

Кожа

Предел прочности, кгс/мм2

в воздушносухом состоянии

во влажном состоянии на сечение в воздушносухом

Подошвенная хромового дубления

32,8

24,2

Хромрастительного дубления (завод А)

17,2

14,2

То же (завод В)

22,5

12,2

То же (завод С)

29,0

19,5

Голье

45,0

26,0

Зависимость предела прочности при сжатии хромрастительной кожи от содержания в ней влаги представлена на рис. 20. Кривая наглядно показывает, что уменьшение предела прочности происходит лишь до влажности 30%. Приведенные данные показывают, что на предел прочности кожи при сжатии в основном оказывает влияние влага химическая и физико-химическая, вызывающая изменения в тонкой структуре кожи.

Сжимаемость жесткой кожи при разрушении сжатием составляет 55-75% толщины образца.

На величину общей и остаточной деформации при сжатии жесткой кожи сильно влияет режим прокатки. Большее уплотнение приводит к уменьшению общей и остаточной деформации при сжатии. Величина сжимаемости во влажном состоянии кожи ввиду снижения предела прочности резко возрастает, а чаще несколько уменьшается. Особо следует отметить, что пластичность хромовой кожи при увлажнении уменьшается, а кож хромрастительного и растительного дубления увеличивается или не изменяется, что иллюстрируется в табл. 10.

Таблица 10

Влияние увлажнения на пластичность разных кож при сжатии 10 кгс/мм2.

Подошвенная кожа

Состояние перед сжатием

Толщина кожи, мм

Сжимаемость, %

Остаточная деформация, %

Степень пластичности, %

Растительного дубления

Воздушносухое

5,70

26

17

65

После 24-часового намокания

6,30

44

29

65

Хромрастительного дубления

Воздушносухое

3,84

36

22

62

После 24-часового намокания

4,14

43

26

65

Хромового дубления

Воздушносухое

4,93

61

47

77

После 24-часового намокания

5,03

61

12

20

Большая пластичность воздушносухой хромовой кожи, чем кожи растительного дубления, объясняется большой ее пористостью и деформируемостью. С увеличением деформации растет и степень пластичности кожи.

Таким образом, хромовая жесткая кожа имеет большой предел прочности при сжатии и снижает пластичность при увлажнении.

Пределы Аттерберга — Atterberg limits

Геотехнические характеристики почвы в зависимости от ее влажности

Эти пределы Atterberg являются основным показателем критических содержани воды мелкозернистой почвы : ее усадка предела , пластиковый предел и предел текучести .

В зависимости от содержания воды почва может находиться в одном из четырех состояний: твердое, полутвердое, пластичное и жидкое. В каждом состоянии консистенция и поведение грунта различаются, а следовательно, и его инженерные свойства. Таким образом, граница между каждым состоянием может быть определена на основе изменения поведения почвы. Пределы Аттерберга можно использовать для различения ила и глины , а также для различения различных типов илов и глин. Содержание воды, при котором почвы переходят из одного состояния в другое, известно как пределы консистенции или предел Аттерберга.

Эти ограничения были установлены Альбертом Аттербергом , шведским химиком и агрономом в 1911 году. Позже они были уточнены Артуром Касагранде , американским геотехническим инженером австрийского происхождения и близким сотрудником Карла Терзаги (оба пионера механики грунтов ).

Различия в почве используются при оценке почв, на которых должны быть построены сооружения. Почвы при намокании сохраняют воду, а некоторые увеличиваются в объеме ( смектитовая глина). Степень расширения связана со способностью почвы впитывать воду и ее структурным составом (тип присутствующих минералов: глина , ил или песок ). Эти испытания в основном используются на глинистых или илистых почвах, поскольку они расширяются и сжимаются при изменении содержания влаги. Глины и илы взаимодействуют с водой и, таким образом, меняют размер и имеют различную прочность на сдвиг . Таким образом, эти испытания широко используются на предварительных этапах проектирования любой конструкции, чтобы гарантировать, что грунт будет иметь правильную величину прочности на сдвиг и не слишком сильно изменять объем, поскольку он расширяется и сжимается при разном содержании влаги.

Лабораторные тесты

Предел усадки

Предел усадки (SL) — это содержание воды, при котором дальнейшая потеря влаги не приведет к большему уменьшению объема. Испытание для определения предела усадки — ASTM International D4943. Предел усадки используется гораздо реже, чем пределы для жидкости и пластичности.

Пластиковый лимит

Предел пластичности (PL) определяется путем раскатывания нити тонкой части почвы на плоской непористой поверхности. Процедура определена в стандарте ASTM D 4318. Если почва имеет влажность, при которой ее поведение является пластичным, эта нить сохранит свою форму вплоть до очень узкого диаметра. Затем образец можно повторно формовать и повторить испытание. По мере того, как содержание влаги падает из-за испарения, нить начинает разрываться на больших диаметрах.

Предел пластичности определяется как гравиметрическое содержание влаги в месте разрыва нити диаметром 3,2 мм (около 1/8 дюйма). Грунт считается непластичным, если нить нельзя раскатать до 3,2 мм при любой возможной влажности.

Предел жидкости

Чашка Casagrande в действии

Предел жидкости (LL) концептуально определяется как содержание воды, при котором поведение глинистого грунта переходит из пластичного состояния в жидкое . Однако переход от пластичного к жидкому поведению происходит постепенно в диапазоне содержания воды, и прочность грунта на сдвиг на самом деле не равна нулю в пределе жидкости. Точное определение предела жидкости основано на стандартных процедурах испытаний, описанных ниже.

Метод Касагранде

Первоначальный тест на предел жидкости Аттерберг включал смешивание кусочка глины в круглодонной фарфоровой миске диаметром 10–12 см. В куске глины с помощью шпателя прорезали бороздку, а затем чашу много раз ударяли по ладони. Впоследствии Касагранде стандартизировал аппаратуру и процедуры, чтобы сделать измерения более повторяемыми. Грунт помещается в металлическую чашку (чашка Casagrande) устройства, и в ее центре делается канавка с помощью стандартного инструмента шириной 2 миллиметра (0,079 дюйма). Чашку многократно сбрасывают на 10 мм на твердую резиновую основу со скоростью 120 ударов в минуту, во время которых канавка постепенно закрывается в результате удара. Регистрируют количество ударов для закрытия канавки. Содержание влаги, при котором требуется 25 капель стакана, чтобы вызвать закрытие канавки на расстояние 12,7 мм (0,50 дюйма), определяется как предел жидкости. Испытание обычно проводится при нескольких значениях содержания влаги, и содержание влаги, требующее 25 ударов для закрытия канавки, интерполируется из результатов испытания. Испытание на предел жидкости определяется стандартным методом испытания ASTM D 4318. Метод испытания также позволяет проводить испытание при одном уровне влажности, когда требуется от 20 до 30 ударов, чтобы закрыть канавку; затем применяется поправочный коэффициент, чтобы получить предел жидкости на основе содержания влаги.

Испытание конуса падения

Другой метод измерения предела жидкости — это испытание конусом падения , также называемое испытанием конусным пенетрометром. Он основан на измерении глубины проникновения в почву стандартного конуса из нержавеющей стали с определенным углом при вершине, длиной и массой. Хотя испытание Касагранде широко используется в Северной Америке, испытание конусом падения гораздо более распространено в Европе и других странах, поскольку оно меньше зависит от оператора при определении предела жидкости.

Преимущества перед методом Касагранде

  • Это легче сделать в лаборатории.
  • Результаты конусного пенетрометра не зависят от навыков или суждения оператора. Таким образом, полученные результаты более надежны.
  • Результаты могут быть использованы для оценки недренированной прочности грунтов на сдвиг.

Производные лимиты

Значения этих пределов используются разными способами. Также существует тесная взаимосвязь между пределами и свойствами грунта, такими как сжимаемость , проницаемость и прочность . Считается, что это очень полезно, потому что, поскольку определение предела относительно просто, эти другие свойства определить труднее. Таким образом, пределы Аттерберга не только используются для определения классификации почвы, но и позволяют использовать эмпирические корреляции для некоторых других инженерных свойств.

Индекс пластичности

Индекс пластичности (PI) — это показатель пластичности почвы. Индекс пластичности — это величина диапазона содержания воды, в котором почва проявляет пластические свойства. PI — это разница между пределом жидкости и пределом пластичности (PI = LL-PL). Почвы с высоким PI обычно глинистые, почвы с более низким PI — ил, а почвы с PI 0 (непластичные) имеют мало илила или глины или совсем не содержат.

Описание почвы на основе PI:

  • (0) — Непластик
  • (<7) — Слегка пластичный
  • (7-17) — Средний пластик
  • (> 17) — Высокая пластичность

Индекс ликвидности

Индекс ликвидности (LI) используется для доведения естественного содержания воды в образце почвы до пределов. Его можно рассчитать как отношение разницы между естественным содержанием воды, пределом пластичности и пределом жидкости: LI = (W-PL) / (LL-PL), где W — естественное содержание воды.

Индекс согласованности

Индекс консистенции (Ic) указывает на консистенцию (твердость) почвы. Он рассчитывается как CI = (LL-W)/(LL-PL), где W — существующее содержание воды. Почва на пределе жидкости будет иметь индекс консистенции 0, в то время как почва на пределе пластичности будет иметь индекс консистенции 1, и если W> LL, Ic будет отрицательным. Это означает, что почва находится в жидком состоянии. Более того, сумма индекса ликвидности и индекса согласованности равна 1 (одному)

Индекс потока

Кривая, полученная из графика зависимости содержания воды от журнала ударов при определении предела жидкости, лежит почти на прямой линии и известна как кривая потока.

Уравнение для кривой потока: W = — I f Log N + C

Где ‘I f — наклон кривой потока и обозначается как «Индекс потока».

Индекс прочности

Прочность глины на сдвиг при предельной пластичности является мерой ее вязкости. Это отношение индекса пластичности к показателю текучести. Скемптон, AW (1953). «Коллоидная» активность «глин» (PDF) . Международное общество механики грунтов и инженерной геологии.

Рекомендации

  • Физические свойства почвы — механика
  • Сид, HB (1967). «Фундаментальные аспекты пределов Аттерберга». Journal of Soil Mechanics and Foundations Div., 92 (SM4), Получено с http://trid.trb.org/view.aspx?id=38900
  • Дас, БМ (2006). Принципы инженерно-геологической инженерии. Стэмфорд, Коннектикут: Обучающий колледж Томсона.
  • Сауэрс, 1979. Введение в механику грунта и основы: геотехническая инженерия, 4-е изд., Макмиллан, Нью-Йорк. (как указано в Coduto, 1999. Geotechnical Engineering: Principles and Practices. Prentice Hall. New Jersey.)

Полезная информация про спальные мешки

Поскольку определить идеальную температуру спального мешка, которая вам подходит, очень сложно, вот краткое изложение стандарта EN 13537.

 

 

Максимальная температура — верхний предел диапазона комфорта; температура, при которой частично раскрытый пользователь спального мешка (обычный человек) не сильно потеет.  На практике это по сути бесполезная информация, и поэтому мы даже не упоминаем ее в наших спальных мешках. Он просто говорит, что летом в спальном мешке спать  будет невыносимо.

Температура комфорта — нижний предел диапазона комфорта, при котором пользователь спального мешка в расслабленном положении тела, например, в положении спины, обычно находится в тепловом равновесии и не чувствует холода.

Предельная температура — нижний предел, при котором пользователь спального мешка в наклонном положении тела обычно находится в тепловом равновесии и не чувствует холода.

Экстремальная температура — более низкая экстремальная температура, при которой существует риск нанесения вреда здоровью вследствие переохлаждения. Это температура, к которой не рекомендуется приближаться, и она включена в стандарт как граница таблицы. Мы еще не видели, чтобы это использовалось в качестве аргумента продаж.

 

Предупреждение о неправильном использовании температурной классификации.

Наши спальные мешки наполнены синтетическими наполнителями, теплоизоляционные свойства которых не меняются так сильно, при намокании, как у пуха, а также лучше сохнут. Наружный слой спального мешка изготовлен из ветрозащитного материала, дополнительно снабженного обработкой DWR, которая способствует устойчивости к внешней влаге, но не снижает воздухопроницаемости.

Изоляция спального мешка варьируется в широких пределах в зависимости от условий использования (ветер, окружающее тепло, положение и одежда пользователя спального мешка, изоляция основания, возможная влажность в спальном мешке и т.д.), а также восприятие холода индивидуально (эффект акклиматизации, физический и психический состояние, питание и т.д.).

Температуры ограничения эксплуатационной пригодности, указанные в настоящем стандарте EN, сравнивают характеристики спальных мешков только со стандартными условиями испытаний. Они не учитывают все возможные различия в условиях использования и индивидуальных реакциях и поэтому должны рассматриваться только как руководство, требующее индивидуальной адаптации для практического использования.

В частности, следует отметить, что экстремальная температура является очень теоретическим пределом и поэтому должна рассматриваться как точка опасности, к которой нежелательно приближаться  если только пользователь спального мешка не имеет значительного личного опыта.

Определение комфортной температуры основывается на знании опубликованных доступных данных, основанных на тепловом балансе всего тела. Организм человека очень чувствителен к локальному дискомфорту, местный тепловой мост может не повлиять на общую теплоизоляцию спального мешка. Следует отметить, что метод испытаний, приведенный в этом стандарте, не дает никаких гарантий от местной простуды.  

Температуры классификации в соответствии с полезностью относятся к условиям внутри, ветер при использовании на открытом воздухе может сильно повлиять на изоляцию спального мешка, особенно когда поверхность спального мешка дышащая.

В этом стандарте спальные мешки считаются сухими: высокое содержание влаги может снизить тепловые, эксплуатационные свойства.

K-GLASS | Energo K-flex

Техническая информация

Теплоизоляционный материал K-GLASS производится из композиции инертного стекла и газообразователя, благодаря чему обеспечивается рекордная стойкость к химическому воздействию.

Пеностекло — теплоизоляционный материал, представляющий собой вспененную стекломассу. Для изготовления пеностекла используется способность силикатных стёкол размягчаться и пениться с газообразователем при температурах около 1000°С. По мере нарастания вязкости при охлаждении вспененной стекломассы до комнатной температуры получившаяся пена приобретает существенную механическую прочность и прочие эксплуатационные характеристики, не достижимые традиционными теплоизоляционными материалами

  • Соответствует ГОСТ 33949-2016
  • Соответствует EN 13167:2012

ПРЕИМУЩЕСТВА

  • Отличная механическая прочность
  • Негорючий материал
  • 100% инертность и устойчивость к химическому воздействию
  • Пароизоляционные свойства
  • Обеспечение негорючей теплоизоляционной конструкции
  • Уникальная долговечность: более 50 лет без слёживания и намокания
  • Гомогенная структура без примесей и включений

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ

  • Установки сжижения, хранения и транспортировки газов.
  • Резервуары с нефтью и нефтепродуктами.
  • Емкости пожаротушения, в том числе подземные.
  • Магистральные нефтепроводы и газопроводы.
  • Технологические и дренажные трубопроводы.
  • Паропроводы.
  • Промышленная запорно-регулирующая арматура.
  • Емкости и трубопроводы с электрообогревом.

В новой линейке K-FLEX K-GLASS представлены 2 типа материала, отличающиеся плотностью и прочностными характеристиками.

  • K-GLASS SD – Материал стандартной плотности для конструкций без тяжелых механических нагрузок.
  • K-GLASS HD – Высокоплотный материал, выдерживающий высокие физические нагрузки и обладающий лучшей прочностью.

Технические характеристики

Характеристики K-GLASS SD K-GLASS HD МЕТОД
ИСПЫТАНИЯ
Плотность, кг/м³ 100-120 121-140 ГОСТ EN 1602
Теплопроводность, Вт/(м*°С) 0,045 0,050 ГОСТ 7076-99
Максимальная температура применения, °С +482 +482
Минимальная температура применения, °С -268 -268
Предел прочности при сжатии 10%, МПа 0,5 0,7 ГОСТ 17177-94
Предел прочности при изгибе, МПа 0,3 0,4 ГОСТ 17177-94
Деформация при действии сосредоточенной нагрузки, мм 2,0 1,5 ГОСТ EN 12430-2011
Водопоглощение изделий % 1,5 1,7 ГОСТ 17177-94
Процент закрытых пор, % не менее 99,8 99,8 ASTM D6226-2015
Группа горючести НГ НГ ГОСТ 30244-94
Устойчивость к химическому воздействию 100% 100%
Паропроницаемость мг/(па*м*°С) 0,0024 0,0024 ASTM E96-2006

Как выбрать спальный мешок | АЛЬПИНДУСТРИЯ

19 мая 2017   |   Валентина Клишина, продавец-консультант магазина АльпИндустрия в Новосибирске

Как выбрать…

Поездка за город на выходные, многодневный поход или сложная экспедиция в горы — куда бы вы ни собрались, вам необходимо подумать об организации ночёвки. Спальник сохраняет ваше тепло во время сна, и от правильности выбора может зависеть не просто качество отдыха и восстановление сил за ночь, но и здоровье. Разбираемся, как не растеряться в многообразии моделей спальных мешков.

Чтобы выбрать подходящий спальник, для начала чётко ответьте на вопросы, каким требованиям должна отвечать модель и в каких условиях она будет эксплуатироваться. В какое время года вы отправляетесь в путешествие, как надолго, какие погодные условия вас ожидают, будет ли это пеший поход, водный сплав или альпинистское восхождение, насколько вы чувствительны к низким температурам и т.д.

В конечном счёте, выбор спального мешка — это поиск компромисса между теплоизоляционными свойствами, весом и компактностью в сложенном виде (не очень весело тащить на себе лишние килограммы на протяжении многодневного похода или во время восхождения) и стоимостью изделия.

Виды спальных мешков

В целом, спальные мешки можно разделить на кемпинговые, туристические и экспедиционные.

Кемпинговые спальные мешки

Кемпинг не предполагает, что вы будете тащить снаряжение на себе, максимум — донесёте от багажника машины до места обустройства лагеря. Кемпинговые спальники самые комфортные и удобные, но имеют самый большой объём и вес. В таком спальном мешке вы будете чувствовать себя буквально как дома.

Туристические спальные мешки

Например, спальный мешок для многодневного похода. В этом случае всё своё снаряжение вы несёте на себе, в рюкзаке за плечами. Туристические спальники при одинаковых температурных показателях будут иметь меньший вес и объём, чем кемпинговые. Их задача — позволить вам хорошо выспаться и восстановить силы для следующего ходового дня.

Экспедиционные спальные мешки

Экспедиционные спальники предназначены для использовании в суровых условиях: холод, снег, ветер. Например, в зимнем туристическом походе, на высотном восхождении.

Форма спального мешка

По конструкции спальники делятся на одеяла и коконы.

Спальник-одеяло

Спальный мешок прямоугольной формы. Длинную молнию можно расстегнуть и получить полноценное одеяло. Может иметь капюшон-подголовник. Некоторые модели можно состёгивать между собой. В основном такие спальники-одеяла используются для кемпинга и для походов, когда вес снаряжения не имеет принципиального значения. За счёт своей формы и кроя они очень комфортны для сна. Также подойдут для крупных людей.

Спальник-кокон

Спальник-кокон имеет анатомическую форму. Оснащён капюшоном и нередко снабжается объёмным воротником для повышенной теплоизоляции. За счёт анатомического кроя снижается вес спального мешка, а прилегание к телу обеспечивает лучшее сохранение тепла.

Производители предусматривают возможность состёгивания спальников. При желании, можно состегнуть модели разных брендов, но следует сделать скидку на то, что молния у коконов зачастую не доходит до конца спальника, и у итоговой конструкции останется раздвоенный хвостик.

Для удобства состёгивания (а это весомый вклад в теплоизоляционные свойства спального мешка — вдвоём намного теплее) производители выпускают модели спальных мешков в вариациях с молнией с левой (L) или с правой стороны (R). Если вы планируете состёгивать спальники, рассмотрите покупку двух одинаковых моделей с разносторонними молниями.

Температурный режим спального мешка

Стандарт EN13537

Большинство спальников проходят лабораторный тест по определению температурного режима в соответствии с европейским стандартом EN13537, принятым Европейским комитетом по стан­дар­ти­за­ции (European Committee for Standardization, CEN). Первый такой стандарт вышел в 2002 году (EN 13537:2002), затем был обновлён в 2012 году (EN 13537:2012), а последние обновления вышли в 2017 году в рамках стандарта ISO 23537-1:2016 (International Organization for Standardization, ISO; Меж­ду­на­род­ная организация по стан­дар­ти­за­ции). Кроме того, ещё один проект сейчас в разработке.

Стандарт носит название «Требования к спальным мешкам» и указывает на порядок проведения температурных тестов и правила нанесения маркировки для спальных мешков, предназначенных для спорта и активного отдыха взрослых людей. Стандарт не распространяется на изделия, предназначенные для специфических целей, например, на спальники для военных или спальники для экспедиций в экстремальные климатические зоны, а также на спальные мешки для детей и младенцев. Предельная температура составляет -20°C.

С одной стороны, благодаря стандарту спальники разных брендов можно сопоставлять между собой. С другой, тестировать и маркировать спальные мешки в соответствии с EN13537 не обязательная процедура, и за производителем остаётся право указывать температурный режим в соответствии со своими собственными критериями на основании своих собственных тестов. Кроме того, исследования, на которых базируется стандарт, проводились в большинстве своём на подготовленных людях, в то время как на то, насколько интенсивно наше тело теряет тепло, влияет множество индивидуальных факторов, например, пол, комплекция, возраст, опыт и физическая подготовка. 

Стандарт EN13537 предусматривает четыре температурных показателя:

  1. Температурный максимум или Верхний предел комфорта T Maximum
  2. Температура комфорта T Comfort
  3. Температура лимита или Нижний предел комфорта T Limit
  4. Температура экстрима T Extreme

Первый показатель может указываться опционально, остальные три должны присутствовать обязательно. Каждый из четырёх температурных показателей соответствует либо «среднему» мужчине (возраст 25 лет, рост 173 см, вес 73 кг), либо «средней» женщине (25 лет, 160 см, 60 кг). 

T Maximum. Максимальная температура окружающего воздуха, при которой «средний» мужчина может проспать в расстёгнутом спальнике всю ночь, не испытывая неудобств от ощущения лишнего тепла и повышения потоотделения.

T Comfort. Минимальная температура окружающего воздуха, при которой «средняя» женщина может непрерывно проспать в спальнике всю ночь в расслабленной позе, с наиболее возможным комфортом.

T Limit. Минимальная температура окружающего воздуха, при которой «средний» мужчина может непрерывно проспать в спальнике всю ночь в позе, помогающей сохранить тепло, с наиболее возможным комфортом..

T Extreme. Минимальная температура окружающего воздуха, при которой «средняя» женщина может продержаться в спальнике в течение шести часов без риска смерти от гипотермии.

Выбирая спальник, ориентируйтесь на вилку между температурой комфорта и нижним пределом комфорта и принимайте во внимание ваши индивидуальные физиологические особенности. Девушкам, людям худощавого телосложения и тем, кто склонен быстро замерзать, лучше опираться на температуру комфорта. Ориентироваться на температуру экстрима при выборе спальника могут только бывалые альпинисты и туристы, за плечами у которых достаточный опыт.

Не забывайте, что тепла вашему спальнику добавит туристический коврик (особенно, если использовать сразу два: каремат и надувной/самонадувающийся), термобельё или утеплённая одежда и состёгивание спальников. Верхнюю одежду в случае холода лучше подложить под себя или накинуть на спальник сверху.

На спальном мешке, прошедшем соответствующий лабораторный тест, нанесена маркировка EN13537 или логотип EN, подтверждающие прохождение температурного теста и соответствие материалов спальника текстильным стандартам EN. Также на ярлыке спального мешка можно встретить другие варианты маркировки:

  • «Temperature tested to EN13537» означает, что спальный мешок прошёл температурный тест по EN13537, при этом его материалы не обязательно отвечают европейским текстильным стандартам.
  • «Temperature rating in accordance with EN13537» означает, что производитель провёл тест и расчёт температурных показателей самостоятельно, в соответствии с EN13537.

Если на ярлычке или в описании спального мешка на сайте указан только один температурный режим, его следует рассматривать как температуру нижнего предела комфорта.

Утеплители, используемые в спальниках

Современные спальные мешки могут иметь наполнитель из натурального пуха или синтетики.

Благодаря стремительному развитию технологичных материалов, синтетика вплотную приблизилась по своим свойствам к качественному гусиному пуху, но всё же не может догнать пух лучшего качества по теплоизоляционным свойствам плюс, как, правило имеет больший вес и объём в упакованном виде. Тем не менее, у синтетики в большинстве своём есть важное преимущество — она сохраняет свои теплоизоляционные свойства (продолжает согревать) даже в намокшем состоянии и сохнет быстрее пуха.

Пух

Лёгкий наполнитель с прекрасными теплоизоляционными и компрессионными свойствами (хорошо греет, компактно сжимается), из недостатков — боязнь влаги. Хотя современные производители всё чаще используют гидрофобный пух, обработанный специальными пропитками и обладающий влагоотталкивающими свойствами. Такие можно найти, к примеру, у Montbell и Brooks-Range. Кроме того, в спальниках может применяться влагостойкая внешняя ткань или мембрана, которая защитит пух от намокания.

Качественный пух обойдётся дороже синтетики. Основной показатель качества пуха определяется с помощью показателя Fill Power. Это способность утеплителя расправляться после нагрузки. Например, спальник лежал в компрессионном мешке в рюкзаке во время передвижения по маршруту, а вечером вы достали его для ночёвки. Чем выше показатель Fill Power, тем эффективнее пух раскрывается и заполняет собой объём и тем более качественным он считается. Как правило, в экипировке используется пух с показателем FP не ниже 550, а самые высокие значения достигают 800-900 и даже 1000 единиц и используются в топовых моделях.

На фото ниже видно, какую структуру имеет пух с разным FP и как одинаковое количество пуха (85 граммов) с различными показателями FP занимает разный объём в мерном стакане.

 

Фото: www.montbell.us

За счёт теплоизоляции, малого веса и хорошей сжимаемости пуховые спальники предпочтительны для зимних и высотных восхождений, а также походов и экспедиций при самых низких температурах. 

Синтетические наполнители

В отличие от пуха современная технологичная синтетика не теряет теплоизоляционные свойства даже в намокшем состоянии, сохнет быстрее и в большинстве случаев обойдётся дешевле, но, как правило, весит больше, занимает больший объём в упакованном виде и быстрее слёживается. Вес и компрессионные свойства зависят от конкретного вида синтетики. Самые распространённые утеплители, которые встречаются в спальниках ведущих производителей: Thihsulate, Thermolite, Primaloft, Heatseeker и Climashield.

Синтетике можно отдать предпочтение, если вы выбираете трёхсезонный спальник, планируете поездку в регион с повышенной влажностью или поход с возможными перепадами температур.

Аксессуары к спальнику

Как правило, спальник продаётся в комплекте с компрессионным мешком, минимизирующим объём спальника и предназначенным для его транспортировки, или мешком для хранения, в котором спальник будет лежать дома не в сжатом, а распушённом виде. В походах спальник в компрессионном мешке лучше укладывать на дно рюкзака. Некоторые предпочитают носить спальник без упаковки и убирать его в рюкзак едва ли не в последнюю очередь, утрамбовывая между остальным снаряжением и одеждой.

Также в качестве полезного аксессуара можно рассмотреть гермомешок. Он не пропустит влагу к спальнику во время транспортировки и сохранит изделие в сухости. Особенно полезно для пуховых спальников.

Ещё одна полезная вещь — специальные вкладыши в спальные мешки. Они выполняют несколько задач. Во-первых, это гигиена и чистота спальника. Вкладыш не даст поту и кожному жиру испачкать спальный мешок, а стирать вкладыш намного проще, чем спальник. Во-вторых, утеплённые вкладыши увеличивают теплоизоляционные свойства вашего спального мешка. Вкладыши могут изготавливаться из хлопка, синтетики, флиса или микрофибры, в зависимости от решаемых задач.

Как выбрать размер спального мешка

Большинство брендов используют стандартные ростовки, берущие за основу рост человека:

  • Regular. На рост до 180 см.
  • Long. На рост до 198 см.

Некоторые производители выпускают дополнительно спальники, предназначенные на рост до 205 см, предназначенные для высоких или крупных людей, а также тех, кому нужно больше свободы для комфортного сна. Также есть свои ростовки у женских моделей:

  • WRegular. На рост до 170 см.
  • WLong. На рост до 180 см.

Производитель также может указывать просто общую длину спальника, например, так делает компания Sivera.  В размере, указанном в виде 185x73x46, 186 — это полная внешняя длина спальника вместе с капюшоном, 73 — максимальная ширина спальника (в области груди и плечей), 46 — ширина в области ног.

Брать спальник стоит с запасом. Например, если ваш рост 180 см или близок к нему, выбирайте Long, особенно, если речь идёт о низких температурах. Если спальник впритык, могут подмерзать ступни (а они начинают мёрзнуть первыми), кроме того, вы не сможете завернуться в спальный мешок с головой.

Есть несколько рекомендаций по выбору размера. Выбирая летний спальник, прибавляйте к вашему росту запас в 15-20 см. При выборе трёхсезонного спальника (осень, зима, весна) прибавляйте 30 см. Для экспедиционных спальников эта цифра может быть ещё больше, потому что, во-первых, нужно принять во внимание толщину утеплителя, а во-вторых, есть вероятность, что вы будете ночевать в спальнике в верхней одежде и даже в обуви, а для этого требуется дополнительное пространство. Кроме того, в зимнем походе или на восхождении размер с запасом позволит не только спать в верхней одежде, но и спрятать внутрь спального мешка фонарик, внутренники, одежду и другие предметы, которые необходимо сохранить в сухости и тепле.

Если вы покупаете спальник в магазине, а не через интернет, не стесняйтесь «примерить» снаряжение: залезть в спальный мешок и убедиться, что он подходит вам как по длине, так и по ширине, и вам удобно не только лежать внутри него, но и переворачиваться, меняя положение.

Как ухаживать за спальным мешком

  • Обязательно просушивайте спальник после похода.
  • Стирайте спальник строго в соответствии с инструкциям на ярлычке или на официальном сайте производителя. В целом, рекомендуются деликатный/ручной режим, температура 30°C и моющие средства без отбеливателей и хлора. Лучше прополаскать спальник дважды и не использовать режим отжима. Сушить спальник лучше полностью расправленным на горизонтальной поверхности.
  • Хранить спальник необходимо в развернутом виде, либо в специальном мешке для хранения. который не будет слишком сильно сжимать изделие. Это позволит утеплителю не слёживаться и сохранять свои свойства.

Фотографии: Евгения Алексеева.

Редакция: Мария Курочкина.


Рекомендуемые модели

Общие сведения о каменной вате

Каменная вата — негорючая гидрофобизированная тепло — звукоизоляция, изготовленная преимущественно из расплава изверженных горных пород габбро-базальтовой группы.

Применение каменной ваты в качестве утеплителя получило широкое распространение с начала 20-го столетия ввиду того, что этот натуральный материал (примерно на 95% состоящий из камня) является негорючим и долговечным.

Основное распространение каменная вата получила в качестве утеплителя для ограждающих конструкций зданий (фасадов, кровли). Благодаря своим теплоизоляционным способностям материал позволяет предотвращать теплопотери через поверхности в холодное время года и сохранять прохладу помещения в течение теплого периода года.

В настоящее время каменная вата широко применяется для следующих конструкций:

  • Кровли (скатные, плоские). Возможна укладка утеплителя на плоские кровли по железобетонным плитам или профилированному настилу с дальнейшей гидроизоляцией битумными материалами или ПВХ-мембранами.
  • Стены. В вентилируемых фасадных системах, фасадах с тонким или толстым штукатурным слоем, легких внешних каркасных конструкциях, трехслойных кирпичных стенах, стеновых ж/б панелях, металлических сэндвич панелях, панелях поэлементной сборки.
  • Перегородки. Внутри помещения в качестве звукоизоляции в перегородках в офисных и жилых помещениях.
  • Полы. Для утепления полов по лагам или плитам перекрытия, с возможностью устройства стяжек. Для звукоизоляции в конструкциях «плавающего» пола.
  • Огнезащита стальных несущих колонн и балок, транзитных воздуховодов, ж/б перекрытий, трубных и кабельных проходок
  • Изоляция оборудования и трубопроводов. Благодаря негорючести и высокой температуре плавления волокон каменной ваты, можно изолировать поверхности с температурой до +700°С.

В конструкциях фундаментов не рекомендуется применять каменную вату, т.к. материал будет разрушаться в условиях постоянной влажной среды.

Для изоляции криволинейных поверхностей могут применяться цилиндры, сегменты или маты (для больших радиусов).


Преимущества каменной ваты

Эффективная теплоизоляция

Каменная вата ТЕХНОНИКОЛЬ является высокоэффективным теплоизоляционным материалом.

Высокое сопротивление теплопередаче достигается за счет удержания большого количества воздуха в неподвижном состоянии внутри утеплителя при помощи тесно переплетенных тончайших волокон каменной ваты.

Теплопроводность измеряется в трех вариантах:

  • Теплопроводность, λ25 (теплопроводность сухого материала при температуре 25°С)
  • Теплопроводность, λА (теплопроводность при условиях эксплуатации при влажности 2% по массе и температуре 25°С)
  • Теплопроводность, λБ (теплопроводность при условиях эксплуатации при влажности 5% по массе и температуре 25°С)

Пожарная безопасность

Основным сырьем для производства каменной ваты ТЕХНОНИКОЛЬ являются горные породы габбро-базальтовой группы. Благодаря этому вся продукция ТЕХНОНИКОЛЬ является негорючей. Температура плавления волокон превышает 1000°С, что позволяет применять продукцию из каменной ваты в широких пределах рабочих температур.

В случае возникновения пожара теплоизоляция ТЕХНОНИКОЛЬ удерживает от распространения тепло, препятствует распространению огня, защищая строительные конструкции от деформации и разрушения. Это дает дополнительное время, необходимое для эвакуации людей, документов и имущества. Важным фактором при выборе данного материала является то, что при воздействии высоких температур теплоизоляция ТЕХНОНИКОЛЬ не выделяет вредные для здоровья или отравляющие вещества. Устойчивость к деформации.

Паропроницаемость

Паропроницаемость строительного материала – это способность слоя материала пропускать водяной пар в результате разности парциального давления водяного пара при одинаковом атмосферном давлении на обеих сторонах слоя строительного материала. Эта способность задерживать или пропускать водяной пар характеризуется величиной коэффициента паропроницаемости или сопротивления паропроницаемости: µ

Коэффициент паропроницаемости измеряется в мг/(м·ч·Па).

Благодаря открытой пористости каменная вата — паропроницаемый материал, паропроницаемость равна примерно 0,25 — 0,35 мг/м·ч·Па.

Значение µ («мю») коэффициента паропроницаемости строительного материала является относительным значением сопротивления материала паропереносу по сравнению со свойствами сопротивления паропереносу воздуха.

Например, значение µ = 1 для минеральной ваты означает, что она проводит водяной пар точно также хорошо, как и воздух. А значение µ = 10 для газобетона означает, что этот строительный материал проводит пар в 10 раз хуже воздуха. Значение µ умноженное на толщину в метрах дает эквивалентную по паропроницаемости толщину воздуха Sd (м).

В дополнение можно сказать, что паропроницаемость определяется количеством водяного пара, проходящим в течение 1 ч через 1 м² площади материала толщиной 1 м при разности парциальных давлений на противоположных поверхностях 1 Па.

Прочность

Прочность – свойство материала сопротивляться разрушению под воздействием нагрузки.

Прочность каменной ваты при сжатии характеризуется прочностью при 10% деформации образца или пределом прочности и измеряется в кПа (килопаскаль).

Прочность каменной ваты при растяжении характеризуется пределом прочности при растяжении перпендикулярно лицевым поверхностям.

Прочность каменной ваты при действии сосредоточенной точечной нагрузке характеризуется   уровнем сосредоточенной нагрузки при деформации, равной 5 мм.

Т.к. плотность каменной ваты может варьироваться в широких пределах от 30 кг/м³ – 200 кг/м³, то существует возможность достигать как минимальных прочностей, так и достаточно высоких, например, прочность на сжатие для плит, применяемых в качестве верхнего слоя в конструкциях плоской кровли составляет 80 кПа.

Устойчивость к деформациям

Высокая устойчивость материалов ТЕХНОНИКОЛЬ к механическим нагрузкам обеспечивается свойствами волокна и структурой каменной ваты. Данные параметры задавались индивидуально для каждого материала линейки ТЕХНОНИКОЛЬ, исходя из области применения теплоизоляции.

В различных конструкциях материал воспринимает разные нагрузки по силе, направлению и по продолжительности воздействия. Для сохранения формы, толщины и надежного крепления материала в конструкции теплоизоляционные материалы должны обладать высокой устойчивостью к деформациям.

Это свойство, в свою очередь, необходимо для надежного и долговечного утепления конструкции без увеличения потери качества с течением времени.

Прочность на сжатие при 10% деформации может достигать более 80 кПа, а прочность при действии сосредоточенной нагрузки может достигать более 1100 Н для верхних слоев кровельной теплоизоляции.

Долговечность

Под долговечностью теплоизоляционных материалов из каменной ваты понимают способность материала сохранять свои характеристики на протяжении определенного срока (срока эксплуатации) или не изменять эти характеристики в определенных пределах. Количество времени в течении которого характеристики стабильны и не меняются называют сроком эффективной эксплуатации.

К этим характеристикам относятся:

  • стабильность пожарно-технических характеристик;
  • стабильность теплофизических характеристик;
  • стабильность характеристик прочности при сжатии в процессе старения материала.

Т.к. свойства теплоизоляции, применяемой при строительстве зданий, могут меняться со временем под действием перепадов температур и влажности, существуют специальные методы оценки долговечности теплоизоляционных материалов из каменной ваты.   Эксперты моделируют условия воздействия на материал в лабораториях, чтобы определить срок эффективной эксплуатации материала — периода, в течение которого он не изменит свои теплотехнические показатели либо изменит их в рамках допустимых пределов.

Во время исследований минераловатной теплоизоляции ТЕХНОНИКОЛЬ специалисты увлажняли образцы плит, подвергали повторяющимся циклам замораживания и оттаивания. Два цикла замораживания-оттаивания приравнивались к одному году эффективной эксплуатации. Методика испытаний полностью соответствовала национальному стандарту ГОСТ Р 57418-2017 «Материалы и изделия минераловатные теплоизоляционные. Метод определения срока эффективной эксплуатации». Таким образом эксперты НИИСФ исследовали 37 марок плит из каменной ваты, производимых ТЕХНОНИКОЛЬ, и выдали заключение об их 50-летней долговечности.

Хорошее звукопоглощение

Волокнистая структура изделий из каменной ваты ТЕХНОНИКОЛЬ обеспечивает отличные акустические и звукопоглощающие свойства материала. Продукция ТЕХНОНИКОЛЬ обладает высокими коэффициентами звукопоглощения в широком диапазоне частот, что способствует снижению уровня воздушного и ударного шума при применении в звукоизолирующих конструкциях различного типа: перегородках, полах и других конструкциях.

Гидрофобность

Наличие влаги в утеплителе негативно сказывается на его теплоизоляционных свойствах, сроке службы и микроклимате помещения. В случае намокания утеплителя требуются дорогостоящие и время затратные мероприятия по устранению последствий, которые чаще всего заключаются в замене большинства элементов конструкции. Материалы ТЕХНОНИКОЛЬ устойчивы к воздействию воды, так как созданы из камня.

Все теплоизоляционные материалы ТЕХНОНИКОЛЬ обработаны гидрофобизирующими добавками, придающими утеплителю водоотталкивающие свойства.

Водопоглощение по объему у каменной ваты составляет не более 1,5%-2%.

Биостойкость

Продукция ТЕХНОНИКОЛЬ полностью отвечает критериям биологической стойкости, что подтверждено как многочисленными тестами и испытаниями, так и данными натурных наблюдений. Материалы ТЕХНОНИКОЛЬ на основе каменной ваты способны противостоять воздействию различных макро- и микроорганизмов: материал не поддерживает жизнедеятельность бактерий, плесени, грибов, а также не привлекателен в качестве среды для существования насекомых и грызунов.

Химическая стойкость

Продукция ТЕХНОНИКОЛЬ производится на основе пород базальтовой группы. Природные минералы данной группы отличаются высокой химической стойкостью к действию различных веществ: масел, растворителей, красок, кислотных и щелочных сред. Материал на основе горных пород базальтовой группы ТЕХНОНИКОЛЬ без опасений можно применять с любыми видами строительных материалов, а также использовать для фильтрации агрессивных средств в ряде отраслей химической промышленности.

Эффективность

Компания ТЕХНОНИКОЛЬ разрабатывает, производит и продвигает на строительном рынке материалы и системы, позволяющие минимизировать теплопотери и повысить эффективность тепловой защиты зданий, сооружений и промышленных объектов. Внедряя энергоэффективные технологии и материалы, мы добиваемся значительного сокращения потерь тепла через ограждающие конструкции зданий и сооружений. Компания ТЕХНОНИКОЛЬ проводит исследования в направлении энергоэффективности с использованием теплоизоляционных систем с материалами из каменной ваты. Применение таких систем и материалов позволяет значительно сократить потребление энергоресурсов на отопление. Так, например, утепление фасадов в жилом многоквартирном доме, с учетом роста тарифов на тепловую энергию, окупится в среднем через 10 лет его эксплуатации.

Простота монтажа

Плиты из каменной ваты легко режутся доступным инструментом: ножом или пилой с мелкими зубьями. Просто делать выкройку нужных размеров и монтировать в конструкцию, а также легко проводить контроль качества монтажа.


Была ли статья полезна?

Смачивание

Смачивание

HML


6) Смачиваемость, несмачиваемость и гистерезис краевого угла

Смачивание относится к исследованию того, как жидкость осаждается на твердом (или жидкий) субстрат растекается. Понимание смачивания позволяет нам объяснить почему вода легко растекается по чистому стеклу, но не по пластиковому листу.

(i) Пример: «Полное смачивание» по сравнению с «Несмачивание»

Когда капля падает на очень чистое стекло, она полностью растекается. Напротив, та же самая капля, осевшая на листе пластика, остается застрявшей в нем. свое место. Напрашивается вывод, что существует два режима смачивания. Смачивание можно разделить на два типа:

полное смачивание: когда жидкость имеет сильную тягу к твердому телу; и

частичное смачивание, обратное дело.

вода на очищенном предметном стекле

на ковре из нанотрубок

Нажмите здесь для просмотра видео: гидрофильный, ультрагидрофобный

(ii) Распространение Параметр

Параметр распределения, S различает два разных режима смачивания.Он измеряет разницу между поверхностной энергией (на единицу площадь) основания в сухом и влажном состоянии:

S = [E подложка ] сухая — E подложка ] влажная или S = ​​γ твердый — (γ жидкий + γ твердый-жидкий )

S> 0: Полное смачивание

Если параметр S положительный, жидкость полностью растекается. чтобы снизить его поверхностную энергию. Состояние благоприятное для этого состояния имеет высокое значение γ solid (поверхности с высокой энергией, такие как стекло, чистый кремний) и меньшее значение γ жидкое (этанол, толуол).[См. Рисунок выше]

S <0: Частичное смачивание

Капля не растекается, а образуется при равновесии a сферический колпачок, опирающийся на подложку под углом смачивания θ. Жидкость считается «главным образом смачивающим», когда θ <90 °, и «в основном несмачивание »при θ> 90 °.

(iii) частично смачивающие и частично несмачивающие

Вода на полиметилметакрилате Вода на силанизированной кремниевой пластине

Щелкните здесь для просмотра видеороликов: частично смачивающая, гидрофобная

Когда твердое вещество имеет высокое сродство к воде — в этом случае оно называется гидрофильным. (высокая энергия e.грамм. стекло) — вода растекается. В обратном случае гидрофобный (с низким энергопотреблением, например, тефлон), вода не растекается, а образует в состоянии равновесия сферический колпачок, опирающийся на подложку с контактом ‘ угол ‘.

(iv) Янга уравнение для угла смачивания

Угол смачивания может быть получен одним из двух способов.

1) Первый метод заключается в суммировании капиллярных сил. действуя на линии соприкосновения (также называемой тройной линией) и приравнивая сумму до нуля.При нормировании на единицу длины эти силы представляют собой межфазные напряжения. между тремя фазами (S / L / G). Путем проецирования равновесных сил на на твердой плоскости получается соотношение Юнга.

γ sl — γ s + γ lv .cos θ = 0 или cos θ = (γ s — γ sl ) / γ lv

Очевидно, что θ можно определить, только если параметр отрицательный. θ увеличивается, когда жидкость не смачивается.

2) Второй метод основан на подсчете работы, выполненной перемещением линия контакта на расстоянии dx:

dW = γ sl .dA — γ s .dA + γ lv .dA.cos θ

В состоянии равновесия dW / dA = 0, что приводит к тому же уравнению, что и выше. Для получения информации об измерении контактного угла щелкните здесь.

(v) Связаться Угловой гистерезис: опережение против опускания, угол контакта

Угол контакта, измеренный для жидкости, продвигающейся по поверхности превосходит отступление от поверхности.Угол смачивания обычно приписывают к шероховатости поверхности, неоднородности поверхности, адсорбции примесей раствора на поверхность или припухлость. Угол продвижения вперед (θ A R) всегда больше или равен краевому углу смачивания. Различия между ними называется гистерезисом краевого угла.

Углы смещения вперед и назад

Расширение CA

Отступающий CA

Нажмите здесь для просмотра видеороликов: Угол смещения, Угол отклонения контакта

Если измерить угол смачивания при объеме капли увеличение — практически это делается непосредственно перед тем, как линия смачивания начинает заранее — получаем так называемый угол опережения θ A .Если затем уменьшаем объем капли и определяем краевой угол смачивания непосредственно перед тем, как линия смачивания отступит, мы измеряем так называемое отступление угол контакта, θ R . Обычно θ A значительно выше θ R . Разница θ A — θ R называется гистерезисом краевого угла.

Падение сбегает с самолета:

Капля жидкости может застрять на наклонной плоскости, несмотря на силу тяжести, если угол контакта различается спереди и сзади капли (контакт угловой гистерезис).Задний угол меньше переднего, капиллярный существует сила, которая противостоит силе тяжести. Условие перехода на застрять на твердом

πr γ (cosθ R -cosθ A ) > ρV g sin α

r — радиус контактной линии (считается круговой), γ и ρ — поверхностное натяжение и плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, V — объем капли, α — угол наклона самолет. Для получения дополнительной информации о падениях в состоянии покоя на наклонной плоскости щелкните здесь.Обычный пример этого явления — падающая капля дождя. от лобовых стекол автомобилей.

Вода на силанизированной поверхности кремния

(vi) Практические последствия

-Сковороды с антипригарным покрытием покрыты тефлоном, поверхность с низким энергопотреблением и, следовательно, плохо смачиваемая поверхность.

— дождевики изготовлены из гидрофобного материала, поэтому капли дождя не прилипают на поверхность и могут быть удалены, просто встряхнув дождевик.

Бумажные стаканчики из воска

от McDonalds гидрофобны, поэтому кокс не прилипает к чашке и, следовательно, чашка кажется блестящей.

(vii) Капля скольжения по гидрофобному поверхность

Гидрофобные поверхности требуются для водонепроницаемых материалов, таких как плащи, рюкзак и т. д. Гидрофобные поверхности также находят применение в растущих в популярности самоочищающиеся поверхности. Эта концепция опирается на сферическую капли скатываются с поверхности и собирают на своем пути определенную грязь не оставляя на поверхности капель воды.

капля соскальзывает с гидрофобной поверхности (парафильм)

Нажмите здесь для просмотра видео

Назад в индекс || Введение поверхностному натяжению || Определение поверхностного натяжения || на стыке напряжение || Минимальный поверхности || Мыло пузыри, ПАВ и детергенты

Смачиваемость || Роль шероховатости || Капиллярность и гравитация || Динамический эффекты и нестабильность || Специальный интерфейсы || Текущий исследование смачиваемости

Назад в NIRT Home || Вкл. наше текущее исследование || Подробнее по смачиванию || Связаться Измерение угла || Атомный Силовая микроскопия || Мой личная домашняя страница

Смачивание

Физика, лежащая в основе смачивания

Смачивание — это способность жидкости образовывать границы раздела с твердыми поверхностями.Чтобы определить степень смачивания, измеряется контактный угол (q), который образуется между жидкостью и твердой поверхностью. Чем меньше угол смачивания и чем меньше поверхностное натяжение, тем больше степень смачивания.

Сила сцепления <Сила сцепления твердый.
Смачивание Смачивание
Сила сцепления> Сила сцепления Сила сцепления
Жидкость стягивается в форму капли.
Угол контакта q : 0 < q < p / 2 Угол контакта q: p / 2 < q < p

Для максимальной адгезии клей должен полностью покрывать субстрат, т.е. необходимо намазывание. Угол контакта является хорошим показателем адгезионных свойств.

Изображение устройства, используемого для измерения угла смачивания, показано ниже:

Угол смачивания и поверхностное натяжение

Угол смачивания и поверхностное натяжение (выраженное в дин / см) связаны уравнением Юнга


Для эффективного смачивания необходимо, чтобы поверхностное натяжение клея было меньше или равно поверхностному натяжению основы.

Для сравнения ниже указаны общие значения поверхностного натяжения для различных жидкостей и твердых тел.

Реология адгезии

Реология относится к более широкому предмету механики. Это касается того, как тело (твердое, жидкое или газообразное) деформируется под действием внешних сил. Идеальные жидкости, такие как жидкости или газы, претерпевают необратимую деформацию — они текут. Твердые тела также могут быть необратимо деформированы, если на них действуют достаточно большие силы — и в этом случае они также текут.

В дополнение к силе здесь необходимо учитывать фактор времени. Следующий пример демонстрирует эту взаимосвязь: Стекло в знаменитых окнах Шартрского собора во Франции «потекло», так как эти окна были сделаны более 600 лет назад. В средние века стеклянные панели были одинаковой толщины по верхнему и нижнему краям. Однако с течением времени силикаты стекали вниз под действием силы тяжести до такой степени, что толщина отдельных оконных стекол наверху стала тонкой как пластина.Внизу толщина стекла увеличилась почти вдвое. Таким образом, твердое стекло можно рассматривать как жидкость — но нужно долго ждать, чтобы увидеть, как оно течет!

Способность клея смачивать поверхность основы также определяется его реологическими свойствами. Здесь важны аспекты вязкости и тиксотропии, и их можно объединить под термином «реологические свойства». Ключевым условием для обработки и нанесения клея является знание этих специфических свойств.

Типичные значения вязкости

(ч в мПа с при 20 градусах Цельсия)

03

07

Бензин 0,65
Вода 1,0
5
Виноградный сок 2-5
Кровь (при 37 ° C) 4-25
PetrolP 0.65
Кофейные сливки ~ 10
Мед ~ 10 4
Полимерные расплавы ~ 10 3 — 10 4 Битум ~ 10 8
Стекло ~ 10 23

Решающее значение для вязкости клея имеет молекулярная структура, особенно длина основной цепей и наличие каких-либо боковых цепей, а также наличие полярных групп.Последние в значительной степени ответственны за силы, которые влияют на подвижность боковых групп и сегментов цепи. Высокая вязкость является предпочтительной для того, чтобы, например, избежать чрезмерного растекания клея по краям склеенных швов. В зависимости от предполагаемого метода нанесения требуются разные вязкости: например, низкая вязкость требуется для распыления, а пастообразный материал — для нанесения путем трафаретной печати. Вязкость может быть увеличена до желаемой вязкости нанесения путем добавления загустителей, например.грамм. силикагели. Если вязкость клеев на основе растворителей слишком высока, можно добавить больше растворителя. Вязкость клея, не содержащего растворителей, может очень мало измениться пользователем; однако вязкость может быть изменена в адгезивных системах, которые уже содержат реактивный разбавитель в своем составе.

Вязкость клея (ч) дается как значение динамической вязкости в Па · с; для клеев с низкой вязкостью это значение выражается в мПа · с. Она определяется как сила в ньютонах, которая необходима для перемещения одной граничной поверхности параллельно противоположной поверхности в слое жидкости площадью 1 м2 и высотой 1 метр со скоростью 1 метр / секунду.Это измеряется с помощью вискозиметров или реометров, которые сконструированы в соответствии с характером исследуемых потоковых процессов. Тиксотропия — это свойство жидкого материала временно переходить в состояние с более низкой вязкостью в результате действия механических сил (например, перемешивания, встряхивания, замешивания). Тиксотропные клеи разрабатываются индивидуально, при этом тиксотропные агенты, например соединения кремниевой кислоты, добавляют в составы. Это дает клею следующие преимущества:

  • Отсутствие растекания на вертикальных участках склеивания;
  • Абсорбция клея пористыми материалами основы отсутствует или очень небольшая; улучшенное нанесение и покрытие клея;
  • Может быть достигнута большая толщина клеевой пленки.

Подробнее:

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Теория смачивания мелких капель на текстурированных твердых поверхностях

Угол смачивания — это свойство материала, определяемое поверхностным натяжением между подложкой, жидкостью и паром 1 . Поскольку материалы с чрезвычайно малым или большим углом смачивания, т. Е. С супергидрофильностью или супергидрофобностью, применимы во многих отношениях, было проведено множество исследований, в которых изучалась настройка угла смачивания через шероховатость поверхности подложки на основе общепринятая теория смачивания шероховатой поверхности с режимами Венцеля (W), Кэсси-Бакстера (CB) и Penetrate (P, также называемая полуотводом 2 ) 3,4,5,6,7,8 , 9 .

Однако традиционная теория смачивания 1,10,11,12 предполагает, что капля жидкости намного больше характерного масштаба шероховатости поверхности, что часто не оправдано во многих экспериментах. Следовательно, предсказания краевого угла смачивания с использованием традиционной теории отличаются от экспериментальных результатов, когда размер капли мал 13,14,15,16,17,18,19 . Традиционная теория рассматривает прямую границу между жидкостью и паром независимо от расположения линии трехфазного контакта или размера капель 1,10,11,12,20 .Однако, поскольку реалистичный контур жидкой капли образует часть сферы 21 , это предположение не выполняется, когда отношение размера капли к масштабу текстуры поверхности мало. Было проведено несколько исследований, направленных на преодоление ограничений традиционных теорий смачивания для маленькой капли, основанных на расчетах свободной энергии смачивания. Как пионер в этой области, Marmur et al . 12,13 смоделировал двумерную круговую каплю на неоднородной в режиме CB или зубчатую шероховатую поверхность в режиме W и пояснил, что смачивание на шероховатой поверхности может включать множественные локальные минимумы свободной энергии с разными краевыми углами и что угол смачивания глобального минимума свободной энергии приближается к таковому в традиционной теории только тогда, когда масштаб жидкой капли намного больше, чем масштаб периодичности шероховатой поверхности.Шахраз и др. . 22 вычислил свободные энергии смачивания всех возможных точек закрепления на поверхности с периодическими прямоугольными выступами в режиме W или CB, чтобы предсказать краевые углы смачивания жидкой капли конечного объема в нескольких точках закрепления. Однако, поскольку ландшафт свободной энергии между точками пиннинга не исследовался, нельзя гарантировать, что все точки пиннинга, исследованные в исследовании, находятся в локальных минимумах свободной энергии.

В этой работе мы представляем более обобщенную теорию смачивания, рассматривая весь ландшафт свободной энергии, включая конфигурацию перехода между точками закрепления в трех режимах смачивания, P, W и CB, на поверхности с прямоугольными выступами, а также без -равномерно шероховатые поверхности.Во-первых, мы подтверждаем, что явление пиннинга можно понять по существованию множественных локальных минимумов ландшафта свободной энергии, разделенных энергетическими барьерами. Для всех режимов смачивания (P, W и CB) мы показываем, что угол смачивания в глобальном минимуме восстанавливает предсказание традиционной теории смачивания в пределах 2 °, когда размер капли (диаметр начальной капли) становится как минимум в 40 раз больше. чем характерный масштаб шероховатости поверхности (периодичность текстуры). Во-вторых, мы вычисляем барьеры свободной энергии между доступными точками пиннинга во всех режимах смачивания.Для режимов P и CB энергетический барьер между локальными минимумами имеет тенденцию уменьшаться по мере того, как контактный угол становится дальше от угла контакта при энергии глобального минимума и в конечном итоге становится равным нулю, что позволяет нам предсказать окончательную границу углов продвижения и удаления. Затем наша теория применяется для объяснения измеренного краевого угла смачивания на поверхности с анизотропной шероховатостью 19 . Наконец, мы вычисляем свободную энергию смачивания на неоднородно шероховатой поверхности и подтверждаем в терминах свободной энергии, что краевой угол определяется шероховатостью подложки вблизи линии трехфазного контакта 20,23 , а не общей шероховатостью в зоне контакта капли с подложкой.Когда эффект гравитации игнорируется 22 , предлагаемая теория универсально справедлива для любого масштаба капель, за исключением случаев, когда диаметр капли составляет несколько нанометров или меньше, потому что мы предполагаем, что межфазная энергия шероховатой поверхности может быть записана как межфазная поверхность плоской поверхности. энергия умножается на отношение истинной площади к видимой. Масштаб длины молекулярного взаимодействия, как известно, составляет от одного до двух нанометров 24 . Наша теория воспроизводит обычную теорию смачивания в пределе бесконечного отношения между размером капли и характерным масштабом шероховатости поверхности.

Для математической простоты мы рассматриваем двумерную (2D) каплю жидкости конечных размеров. Как показано на рис. 1а, мы моделируем шероховатую поверхность как периодические прямоугольные текстуры и моделируем границу капли жидкости как дугу окружности, игнорируя влияние силы тяжести. Другими словами, наша двумерная капля — это упрощение бесконечно длинной цилиндрической капли. Несмотря на то, что наша теория не может обеспечить точное количественное предсказание краевого угла смачивания реалистичных трехмерных капель сферической формы, она все же может предложить качественное физическое понимание смачивания маленькой капли на шероховатой поверхности, например происхождения пиннинга, смачивания на поверхности. неоднородно шероховатая поверхность, угол смачивания изменяется при изменении объема капли.Переход между точками закрепления в режимах CB и P моделируется, предполагая, что линия трехфазного контакта горизонтально скользит между вершинами канавок. В режиме W мы предполагаем, что жидкостный наконечник внутри канавки образует вертикальную прямую линию. Хотя такое предположение может вызвать небольшую численную разницу, результирующий ландшафт свободной энергии будет правильно качественно улавливать множественные локальные минимумы и энергетические барьеры между ними (см. Дополнительную информацию).

Мы обнаружили, что свободная энергия имеет локальные минимумы, когда один конец капли закреплен либо в левом, либо в правом углу ступеньки.Два случая показаны на вставке к рис. 1b. Поскольку гидрофобная поверхность предпочитает уменьшать площадь контакта между каплей и подложкой при заданном угле смачивания, случай I имеет более низкую свободную энергию для гидрофобных поверхностей (θ e > 90 °), а случай II имеет более низкую свободную энергию. энергия для гидрофильных поверхностей (θ e <90 °) (см. дополнительную информацию для получения более подробной информации). θ e относится к равновесному краю смачивания на плоской поверхности, определяемому уравнением Юнга 1 , σ LV cos θ e = σ SV — σ SL , где σ LV , σ SV и σ SL обозначают межфазную энергию жидкость-пар, твердое тело-пар и твердое тело-жидкость соответственно.Для двух случаев количество канавок под каплей жидкости n может быть выражено длиной базовой линии L, шириной ступеньки W и шириной канавки G, как описано ниже.

n 1 — количество пар канавка-ступенька, которые полностью покрыты жидкостью, следовательно, натуральное число, а n определяется для учета частично заполненных канавок (действительное число). Верхняя черта указывает на безразмерные переменные. В дальнейшем все переменные длины и энергии нормированы на радиус круглой капли R 0 (т.е. объем капли составляет) и σ LV R 0 соответственно. Значения n визуализированы на рис. 1б. для случая, когда и. Как показано на рисунке, n непрерывно увеличивается, когда линия трехфазного контакта находится на канавке, и сохраняется, когда линия контакта находится на ступеньке, когда увеличивается. После этого радиус кривизны и свободная энергия для каждого режима смачивания могут быть получены в терминах n, геометрических факторов и θ, которые представлены в таблице 1. Подробности численных расчетов описаны во вспомогательной информации.Поскольку текущее исследование рассматривает только двумерные случаи капель, влияние натяжения линии 25 можно игнорировать. Однако при работе с трехмерными каплями на текстурированных поверхностях необходимо учитывать эффект линейного натяжения 26,27 .

Таблица 1 Выражения радиуса кривизны и свободной энергии трех мод смачивания.

Основываясь на выражении свободной энергии как функции θ, мы можем найти допустимые краевые углы с минимумами свободной энергии при заданном факторе шероховатости 28 , т.е.е., отношение истинной площади поверхности к площади проекции. Например, на рис. 1c – e показано соотношение между свободной энергией и краевым углом для W-моды при r = 1,2, 1,5 и 1,8, соответственно, когда (т. Е. Размер капли 2R 0 в 20 раз больше, чем у характерный масштаб шероховатости поверхности G + W). Вертикальная пунктирная линия представляет собой краевой угол, определяемый традиционной теорией смачивания по моде Венцеля, cos θ = r cos θ e . Углы смачивания в глобальных минимумах свободной энергии при различных шероховатостях поверхности, которые выделены синим кружком, зеленым треугольником и красным квадратом, не полностью совпадают с предсказаниями традиционной теории смачивания.После этого можно предсказать краевой угол как функцию фактора шероховатости поверхности r, соединив краевые углы в глобальных минимумах свободной энергии, как показано на рис. 1f. Обычное предсказание теории смачивания (красная пунктирная кривая), cos θ = r cos θ e , также представлено для сравнения. Углы смачивания для режимов CB и P могут быть получены аналогичным образом в зависимости от, которое является долей площади ступеньки от площади проекции.

Затем мы рассмотрим, как угол смачивания изменяется в зависимости от размера капли, изменяя безразмерную переменную, которая представляет собой отношение ширины канавки к начальному радиусу капли.Для заданного фактора шероховатости 28 r и доли ступеньки f можно настроить, изменяя высоту или ширину ступеней, или. Предсказанные краевые углы для режимов W, CB и P представлены на рис. 2a – d с различными значениями r и f. Когда, т. Е. Размер капли в 2 раза превышает характерный масштаб шероховатости поверхности, наша теория и традиционная теория 10,11,12 предсказывают разные углы смачивания, потому что ландшафт свободной энергии смачивания маленькой капли сильно отличается от этого. крупной капли.Следовательно, не следует использовать общепринятую теорию. Однако в случае, угол смачивания из нашей теории сходится к углу из традиционной теории в пределах ± 10 °. Когда он достигает 0,005, угол смачивания из нашей теории почти идеально восстанавливает предсказание традиционной теории 10,11,12 , чего и следовало ожидать. Принимая во внимание типичное разрешение измерения краевого угла (1 ~ 2 °) 15 , мы предлагаем применять традиционную теорию 10,11,12 в случае, когда (подробности см. В дополнительной информации), т.е.е., когда размер капли по крайней мере примерно в 40 раз больше характерного масштаба шероховатости поверхности.

Рисунок 2

Результаты предсказания краевого угла и режима смачивания на основе предложенной теории.

( a d ) Кривая сходимости каждого режима смачивания (( a ) Венцеля (гидрофильный), ( b ) Венцель (гидрофобный) ( c ) Кэсси-Бакстер, ( d ) ) Проникнуть). Обычная теория смачивания должна использоваться, когда ( e ) Выбор режима смачивания относительно θ e , когда r = 1.5 и f = 0,5.

Мы можем предсказать наиболее стабильный режим смачивания для подложек с различным углом Юнга θ e , сравнив свободные энергии трех мод 29 . Как показано на рис. 3d, мы находим, что в соответствии с традиционной теорией на гидрофильной поверхности (θ e <90 °) угол смачивания определяется более высоким углом смачивания между предсказаниями, основанными на P-моде и W-режим и на гидрофобной поверхности (θ e <90 °) на меньший угол смачивания между предсказаниями, основанными на CB-режиме и W-режиме.Выбор между режимом W и режимом CB осуществляется путем сравнения значений свободной энергии в таблице 1. Для выбора между режимом W и режимом P мы используем теорию критического угла смачивания 2 вместо прямого сравнения свободной энергии. потому что начальная свободная энергия P-моды отличается от других режимов. Критический угол смачивания θ C определяется, когда изменение свободной энергии для заполнения дополнительной канавки равно 0. Если контактный угол плоской поверхности θ e меньше, чем θ C , изменение свободной энергии для заполнения другая канавка становится отрицательной, происходит растекание и выбирается режим проникновения.В нашей работе критический угол смачивания можно выразить с помощью геометрических факторов как. Как показано на рис. 2d, для случая r = 1,5 и f = 0,5 можно обнаружить, что наиболее устойчивая кривая режима смачивания следует по тому же пути, что и в традиционной теории.

Рис. 3

Связь между θ и режимами смачивания.

( a ) Венцель, ( b ) Кэсси-Бакстер, ( c ) Проникновение. Уравнения безразмерных энергетических барьеров представлены в таблице 2.

Затем мы подтверждаем, что источником эффекта пиннинга является возникновение множественных локальных минимумов, и рассчитываем барьеры свободной энергии в терминах геометрических факторов для трех режимов смачивания. В режиме W резкое изменение свободной энергии происходит, когда линия трехфазного контакта расположена рядом с углом ступеньки, потому что дополнительная граница может образоваться или исчезнуть. Точки A ’и B’ в конце этапа на фиг. 3a включают дополнительную ограничивающую линию, а точки A и B — нет. Как показано на рис.3а, разности свободной энергии между A ’и A () или B’ и B () действуют как первичный барьер свободной энергии и образуют локальный минимум свободной энергии. Величину энергетического барьера можно выразить с помощью и θ, как показано в таблице 2. Когда субстрат гидрофобный, точка локального минимума расположена на B, и можно заметить, что это соответствует экспериментально наблюдаемой линии трехфазного контакта. местоположение 19 , когда происходит закрепление. Аналогичное обсуждение можно повторить для режима Кэсси-Бакстер или режима проникновения.Вычислив свободную энергию каждой точки на рис. 3b и c, можно сформулировать энергетические барьеры, как показано в таблице 2. Верхние индексы A и B относятся к точкам A и B на рисунках, соответственно, а нижние индексы C и P относятся к режимам смачивания. Интересно, что в то время как мода Венцеля всегда имеет локальные минимумы свободной энергии из-за дополнительной линии границы жидкость-пар, мода Кэсси-Бакстера или мода Penetrate не имеют точек локальных минимумов, когда θ <θ e или θ> θ e , соответственно.Исчезновение энергетического барьера указывает на конечную границу углов продвижения и удаления, которые определяются доступными локальными минимумами свободной энергии. Максимальный угол продвижения (отхода), который может быть получен из экспериментов, будет наивысшим (самым низким) углом смачивания в точках пиннинга с ненулевым энергетическим барьером. Мы предполагаем, что обычное состояние Венцеля имеет очень большой гистерезис краевого угла из-за ненулевого энергетического барьера между локальными минимумами 30 .

Таблица 2 Безразмерные энергетические барьеры для каждого режима смачивания.

Теперь применим предложенную теорию для понимания экспериментов по смачиванию поверхности с анизотропной шероховатостью 19 . Эксперимент, проведенный Ченом и др. . 19 использовала поверхность с морфологическим рисунком для измерения угла контакта поверхности с анизотропной шероховатостью из PDMS (θ e = 114 °) как в перпендикулярном, так и в параллельном направлениях. Ширина ступеньки и канавки составляла 23 мкм и 25,6 мкм каждая. Высота ступеньки 30 мкм.Измерение краевого угла смачивания проводилось с каплей воды объемом от 0,59 мм 3 до 5,679 мм 3 . Они подтвердили, что капли находятся в режиме CB, и измерили количество заполненных столбов или длину базовой линии капли. Сообщалось, что угол контакта в направлении, перпендикулярном канавкам, вероятно, будет аналогичен углу контакта 31,32 при продвижении, и что угол контакта при продвижении выбирается как максимальный угол контакта среди локальных минимумов свободной энергии 33 .Однако, поскольку существует внешнее энергетическое возмущение, такое как окружающая вибрация и инерция, связанная с растеканием капли, мы ожидаем, что измеренный продвигающийся контактный угол должен быть меньше максимального контактного угла среди локальных минимумов. Мы вычисляем энергетический барьер в каждом локальном минимуме для разных объемов капли и сравниваем энергетический барьер при измеренном краевом угле для соответствующего объема капли. Мы могли видеть, что барьер свободной энергии между состоянием B и состоянием C на рис.3b играет основную роль в определении угла контакта опережения в режиме CB. Энергетический барьер можно рассчитать по формуле в Таблице 2. Поскольку формула энергетического барьера безразмерна, мы умножаем R 0 σ LV на длину базовой линии, параллельную направлению канавки, чтобы получить размерную формулу для сравнения энергии барьеры для разного объема капель. Энергетический барьер между состоянием B и состоянием C в каждом локальном минимуме показан на рис. 4a. Каждая точка на кривых обозначает энергетический барьер в каждой точке пиннинга, а все открытые символы относятся к экспериментальному результату для различного объема капли.На рисунке видно, что энергетические барьеры для разных объемов капель схожи. Средний энергетический барьер представлен черной пунктирной горизонтальной линией, которая расположена рядом со всеми открытыми символами. Черную пунктирную линию можно рассматривать как типичное возмущение внешней энергии в серии экспериментов, представленных в исследовании. Угол смачивания для определенного объема жидкости можно предсказать, зафиксировав точку закрепления, которая находится на наименьшем расстоянии от среднего энергетического барьера (черная точка на рис.4б). Предсказанный угол смачивания хорошо согласуется с экспериментальными результатами и демонстрирует ту же тенденцию, что и эксперимент. Можно выполнить аналогичный анализ, чтобы предсказать угол смачивания или гистерезис угла смачивания в других экспериментах.

Рис. 4

Затем мы применим нашу теорию для анализа поверхности с неоднородной шероховатостью, имеющей шероховатый центр и плоскую периферию. Другими словами, мы вычисляем ландшафт свободной энергии, когда существует верхняя граница n MAX количества заполненных канавок n.Например, мы вычисляем свободную энергию состояний смачивания, когда и θ e = 120 °, как функции угла смачивания θ при n MAX = 14 и 19, как показано на рис. 5a и b, соответственно. На рис. 5а показана ситуация, когда площадь шероховатой центральной области достаточно мала, чтобы линия трехфазного контакта располагалась на плоской области. Мы обнаружили, что глобальный минимум свободной энергии расположен под углом Юнга θ e . Это справедливо для любого n MAX ≤ 14, потому что кривая свободной энергии с фиксированным n имеет минимум при θ e , как показано красными пунктирными кривыми на рис.5а. Напротив, на рис. 5b показан случай, когда площадь шероховатой области достаточно велика, а линия контакта расположена в центре шероховатости. В этом случае локальный минимум, связанный с n = n MAX = 19, имеет более высокую свободную энергию, чем глобальный минимум. Следовательно, прогнозируемый угол контакта становится идентичным поверхности с однородной шероховатостью. Наши результаты согласуются с ранее предложенной теорией смачивания для неоднородной шероховатой поверхности 20,23 , согласно которой краевой угол смачивания определяется условием шероховатости вблизи линии трехфазного контакта.Наша работа предлагает расширенную теорию, которая позволяет нам предсказать, будет ли линия соприкосновения располагаться на шероховатом центре или на плоской области. Отметим, что нашу теорию можно обобщить для изучения смачивания поверхностей с более сложной неоднородной шероховатостью или использовать для построения поверхности для фиксации капли в определенном месте 34 , дополняя новаторские работы Джонсона и Деттре 35,36 .

Рисунок 5

Связь между θ и модой Венцеля, когда поверхность имеет неоднородную шероховатость.

Контур содержит срезы контуров свободной энергии фиксированного n (красные точки). Глобальная точка свободной энергии выделена зеленым квадратом ( a ). Глобальная точка минимума свободной энергии может быть расположена на кривой n = n MAX или ( b ) глобальной точке свободной энергии на поверхности с равномерная шероховатость.

В заключение, мы разработали теорию смачивания, которая может предсказать угол смачивания и режим смачивания, когда капля жидкости не намного больше, чем масштаб текстуры поверхности.Поскольку традиционная теория предполагает гораздо больший размер капли по сравнению с масштабом текстуры, были ограничения в том, как анализировать эксперименты, которые исследуют смачивание небольших жидких капель. Наша теория предполагает, что следует использовать традиционную теорию, когда размер капли примерно в 40 раз больше характерного масштаба шероховатости поверхности, и обеспечивает более глубокое физическое понимание смачивания более мелких капель жидкости на неоднородных шероховатых поверхностях.

Нарушение смачивания гидрофильных поверхностей, вызванное шероховатостью поверхности

Рисунок 2a демонстрирует, что шероховатость поверхности играет более очевидную роль, чем статический угол контакта. Возникает важный вопрос: как шероховатость поверхности может снизить скорость разрушения при смачивании таким общим образом? В распространении водной пленки участвуют многомасштабные силы 8,10,19,24 : внешняя сила, капиллярность и вязкие напряжения. Во внутренней области, как показано на рис.2c, сила вязкого трения и капиллярность доминируют при изгибе границы раздела. В то время как во внешней области за пределами характерной длины h c от поверхности стенки, капиллярность и внешние силы, такие как инерция и гравитация, являются доминирующими для поддержания баланса. Характерная длина h c , разделяющая внутреннюю и внешнюю области, находится в масштабе длины капилляра, где γ — поверхностное натяжение между жидкостью и воздухом, ρ — плотность и г — ускорение свободного падения.Глобальная стабильность продвигающейся водной пленки достигается за счет точного согласования граничных ограничений и внешней границы раздела через внутреннюю область. Внешний интерфейс всегда может изгибать свой профиль, чтобы удерживать внешний баланс, но существует ограничение для внутренней области для достижения соответствия 17 . Поэтому нарушение смачивания всегда начинается с внутреннего. Следовательно, чтобы охарактеризовать нарушение динамического смачивания, мы обращаем внимание на внутреннюю область.

Во внутренней области 8,10,19,24 капиллярная движущая сила может рассматриваться как скорость изменения поверхностной свободной энергии.Основываясь на этом, мы покажем, как поведение динамического смачивания преобразуется топографией в два режима.

  • Когда пленка жидкости ползет по шероховатой поверхности с низкой скоростью, она продвигается в соответствии с топографией поверхности 5 . Таким образом, изменение свободной энергии поверхности при распространении линии контакта на расстояние dz модифицируется как dE = r (γ SL — γ SV ) dz + γcosθ d dz .В этом уравнении r , γ SL и γ SV — это отношение реальной поверхности к проекционной площади, поверхностное натяжение между твердым телом и жидкостью и поверхностное натяжение между твердым телом и воздух соответственно. Используя уравнение Венцеля 21 , мы выводим движущую силу dE / dz = γ (cosθ W — cosθ d ). На гладкой поверхности со статическим углом контакта θ Y эта движущая сила равна просто γ (cosθ Y — cosθ d ).Поскольку θ W меньше, чем θ Y , движущая сила увеличивается за счет шероховатости поверхности. Что еще более важно, если отклонение вязкого рассеяния из-за шероховатости поверхности игнорируется, поведение динамического смачивания определяется топографией 24 .

  • Однако, когда жидкая пленка перескакивает от пика к пику на шероховатых поверхностях, композитные границы раздела жидкость-воздух-твердое тело будут индуцироваться MCL 5 .Когда MCL перемещается на dz , свободная энергия поверхности изменяется на dE = f s SL — γ SV ) dz + (1 — f s ) γ dz + γcosθ d dz , где f s — доля твердых вершин. Следовательно, капиллярная движущая сила в этом случае составляет γ (cosθ CB — cosθ d ), где θ CB рассчитывается по уравнению Кэсси-Бакстера 21 .Если пренебречь изменением вязкого рассеяния, процесс динамического смачивания запрещается, поскольку движущая сила уменьшается.

Поскольку движущую силу во внутренней области всегда можно записать как γ (cosθ m cosθ d ), здесь мы даем предварительное объяснение широко распространенному микроскопическому углу смачивания θ м по шероховатости поверхности.θ м зависит от мгновенного состояния MCL: если MCL распространяется, цепляясь за топографию, θ м можно получить с помощью уравнения Венцеля; если MCL распространяется на вершины топографии, θ м рассчитывается по уравнению Кэсси-Бакстера. Понимание имеет решающее значение для заполнения всего диапазона динамики смачивания и выявления тонкого механизма, в котором неоднородность поверхности может препятствовать или облегчать движение смачивания.Прежде чем идти дальше, возникают еще два важных вопроса: когда произойдет эффект ускорения и отсрочки разрушения смачивания и каково влияние шероховатости поверхности на силу вязкого трения?

Чтобы получить разумную движущую силу на шероховатых поверхностях, мы аппроксимируем шероховатую поверхность как гладкую поверхность, вылепленную множеством вертикальных капилляров (как показано на рис. 2b и c), и проанализируем критерий, по которому Венцель — Кэсси-Бакстер утверждает появляется переход. Поэтому стоит рассмотреть случай, когда пленка жидкости проходит по одному капилляру, и сравнить две шкалы времени: τ c , который представляет собой временную шкалу заполнения зазора жидкостью, и τ f , который — это временная шкала MCL, движущегося над отверстием капилляра со скоростью продвижения V f .Соотношение, Σ = τ c / τ f > 1, поэтому предлагается в качестве критерия для установления принудительного состояния Кэсси-Бакстера, когда воздух герметичен в долинах рельефа и, следовательно, Фронт смачивающей пленки движется по композитной поверхности жидкость-воздух-твердое тело. Проникновение жидкости в впадину рассматривается как самопроизвольный процесс смачивания капилляра, что показано на рис. 3. Поскольку τ c рассчитывается на основе свободного капиллярного подъема 28 , оно скорее ниже -определяется из-за пренебрежения импедансом контактной площадки, острой кромкой входа, давлением воздуха и т. д.Что касается силы вязкого трения, ожидается, что влияние топографии будет минимальным 8,29,31,32,33 . Принимая во внимание два аспекта, то есть капиллярную движущую силу и вязкое сопротивление, динамический контактный угол на шероховатой поверхности больше, чем на гладкой, при одинаковой скорости смачивания, если две поверхности (гладкая и шероховатая) имеют одинаковую статический угол смачивания θ e , когда происходит переход Венцеля к Кэсси-Бакстеру. В результате замедляется динамическое смачивание.

Рисунок 3

Капиллярная трубка для жидкости с низкой вязкостью 27 .

r, z , ρ, γ, η и V c — радиус капиллярной трубки, высота мениска, плотность жидкости, поверхностное натяжение, вязкость и скорость подъема мениска соответственно. Граница раздела жидкость-воздух ванны с жидкостью расположена при z = 0, и жидкость начинает проникать в капилляр при t = 0. Если жидкость более вязкая, чем г, ρ 3/2 r 5 / 2 γ 1/2 , процесс пропитывания капиллярной трубки можно разделить на три стадии 28 : ускорение, линейный режим и режим Уошберна (описание капиллярного подъема см. В разделе «Дополнительная информация»).Соответственно, Σ для данной системы может быть вычислено (Таблица S5).

Теперь вернемся к результатам, представленным на рис. 2а. Прежде всего, для сфер с почти идеально гладкими поверхностями (гладкая стеклянная сфера) критическая скорость хорошо согласуется с теоретическим предсказанием 8,10 , где движущая сила выводится на основе отклонения динамического угла контакта от статического. 1 и вязкое сопротивление, включая вклад жидкости ( F L L v f ) и воздуха ( F воздух (3μ воздух л / [π — θ d ]) v f ) 8,29,30 .Однако, что касается шероховатых гидрофильных сфер, критическая скорость резко уменьшается с увеличением шероховатости, представленной на рис. 2 (а), что означает, что эффективная движущая сила уменьшается или общая сила вязкого трения увеличивается на диаграмме гидродинамической модели. Чтобы выяснить причины, мы обнаружили поверхности сфер с помощью грубого измерителя и SEM и реконструировали их трехмерную топографию с помощью лазерного сканирующего конфокального микроскопа. Результаты показывают, что Σ> 1 (см. Дополнительную информацию и таблицу S5 для более подробной информации), когда скорость смачивания приближается к критической скорости.Это означает, что MCL движется по композитной поверхности воздух-жидкость-твердое тело, изображенной на рис. 2b. В этой ситуации капиллярная движущая сила уменьшается с γ (cosθ e — cosθ d ) до γ (cosθ CB — cosθ d ), как упоминалось выше. С другой стороны, следуя процедуре Иберта 32 , длина скольжения, вызванная шероховатостью поверхности, составляет не более 5 мкм , что указывает на то, что общее вязкое сопротивление не изменится более чем на 5% 29,30,31,32 , 33 .Таким образом, вязкое рассеивание обрабатывается так же, как на гладкой поверхности или гидрофобной поверхности с микрошероховатостью 8,29 . При этом ожидается явное падение критической скорости. Для шероховатых поверхностей порог скорости удара Дуэца и Иберта 8,10,19 явно модифицирован как

, где C , l , g 0 — числовые предварительные факторы, введенные для учета жидкости. , воздух и габаритные вязкие рассеяния 8,29,30 .Эти факторы можно приблизительно определить с помощью других более фундаментальных экспериментов. Значение -1 попадает в диапазон примерно 15 ~ 20 8,29,30 , в зависимости от деталей взаимодействия жидкости и твердой подложки. g 0 и C могут быть определены путем уравновешивания силы вязкого трения и капиллярной движущей силы, когда l зафиксировано. Зависимость г 0 и C от l численно представлена ​​в дополнительной информации; их экспериментальные значения попадают в ожидаемый диапазон 8,15,29,30 , что подтверждает достоверность модели.ς — отношение скорости брызг пленки к скорости удара (~ 2 8,9,34,35 ). ξ является экспериментально и теоретически определяемой константой в том смысле, что увеличение капиллярной движущей силы с гидрофильностью поверхности почти нейтрализуется одновременно увеличивающимся вязким сопротивлением 8,19,29 для гидрофильных поверхностей. Из уравнения (1) критическое капиллярное число остается неизменным для измененного угла смачивания θ CB для произвольной шероховатой гидрофильной поверхности.Это согласуется с предыдущими теоретическими и экспериментальными выводами 8,10,19 . Как показано на рис. 4 (параметры расчета можно найти в таблицах S5 и в дополнительной информации), модифицированный теоретический прогноз хорошо согласуется с экспериментальными результатами, что подтверждает осуществимость нашей модели.

Рис. 4

Скорость увлечения воздуха после пересмотра движущей силы по сравнению с теоретическим расчетом.

Ось x соответствует краю контакта Cassie-Baxter; ось Y соответствует диапазону скоростей вовлечения воздуха.Синяя линия — теоретический прогноз 8,10 . Различные символы обозначают разные поверхности: гладкая стеклянная сфера (диаметр = 48 мм, R z = 0,96 мкм; голубой круг), грубая стеклянная сфера (диаметр = 48 мм, R z = 8,83 мкм; голубой квадрат), алюминиевая сфера I (диаметр = 25,4 мм, R z = 2,37 мкм; черный круг), алюминиевая сфера II (диаметр = 25,4 мм, R z = 2.83 мкм; черный алмаз), алюминиевая сфера III (диаметр = 25,4 мм, R z = 5,61 мкм; черный треугольник), алюминиевая сфера IV (диаметр = 25,4 мм, R z = 9,16 мкм; черный квадрат), алюминиевая сфера V (диаметр = 30 мм, R z = 1,76 мкм; зеленый кружок), алюминиевая сфера VI (диаметр = 30 мм, R z = 2,3 мкм; зеленый ромб), алюминиевая сфера VII (диаметр = 30 мм, R z = 3.25 мкм; зеленый треугольник), алюминиевая сфера VIII (диаметр = 30 мм, R z = 7,02 мкм; зеленый квадрат), шероховатая нейлоновая сфера (диаметр = 50 мм, R z = 21,77 мкм; Красный квадрат). Внутренний угол смачивания θ Y экспериментально определен как 37,4 °, 76,5 °, 59,2 ° и 71,2 ° для стеклянной сферы, алюминиевой сферы I – IV (диаметр = 25,4 мм), алюминиевой сферы V – VII (диаметр = 30 мм). ) и нейлоновая сфера соответственно.

В заключение, мы продемонстрировали скрытый механизм нарушения смачивания, вызванный шероховатостью поверхности.Шероховатость поверхности может изменять динамику смачивания за счет изменения движущей силы капилляров во внутренней области. При низкой скорости смачивания шероховатость гидрофильной поверхности усиливает процесс смачивания. Когда скорость смачивания увеличивается до критического значения, происходит переход Венцеля к Кэсси-Бакстеру, и шероховатость поверхности начинает препятствовать смачиванию. Этот механизм отличается от традиционной теории смачиваемости, вызванной шероховатостью, и открывает новые перспективы для понимания повсеместного угла микроконтакта и открывает новый способ конструирования конкретных шероховатых поверхностей.

Допустимые пределы — токсичность всех сточных вод (WET) | Национальная система ликвидации сбросов загрязняющих веществ (NPDES)

Общая токсичность сточных вод (WET) описывает совокупный токсический эффект водной пробы (например, весь сброс сточных вод), измеряемый реакцией организма на воздействие пробы (например, летальность, нарушение роста или воспроизводства). Тесты WET Агентства по охране окружающей среды воспроизводят общий эффект воздействия на водную жизнь токсичных загрязнителей в сточных водах, не требуя идентификации конкретных загрязнителей.

Тестирование

WET является жизненно важным компонентом внедрения стандартов качества воды в рамках разрешительной программы NPDES в соответствии с разделом 402 CWA. Оно способствует достижению целей Раздела 101 (a) и (2) CWA, особенно в отношении восстановления и поддержания в рабочем состоянии. «химическая, физическая и биологическая целостность национальных вод и«… защита и распространение рыб, моллюсков и… »


Требования WET

Испытания

WET используются для оценки качества воды, разработки лимитов разрешений и оценки соответствия.Для защиты качества воды EPA рекомендует использовать тесты WET в разрешениях NPDES вместе с требованиями, основанными на химических критериях качества воды.

Пределы

WET включены в разрешения, чтобы гарантировать соблюдение государственных или племенных критериев качества воды для защиты водной флоры и фауны. Требования к мониторингу WET включены в разрешения для генерации достоверных данных WET, используемых для определения того, был ли продемонстрирован разумный потенциал WET (например, токсичность, которая может привести к экскурсии по штатам или племенам WQS).Если был продемонстрирован разумный потенциал, то в разрешение должно быть включено ограничение WET. Результаты испытаний WET используются для определения соответствия ограничениям разрешений NPDES WET.

Методы тестирования

WET включают два основных типа тестов WET: острый и хронический (включая сублетальные конечные точки). Методы тестирования WET включают процедуры для пресноводных, морских и устьевых тестовых видов. EPA рекомендует проводить тесты с использованием беспозвоночных, позвоночных и растений, чтобы определить наиболее чувствительные виды для использования с программой разрешений NPDES. Ceriodaphnia dubia (пресноводная блоха) и Pimephales promelas (толстоголовый гольян)) являются примерами утвержденных EPA индикаторов или заменителей, используемых для защиты пресноводных водных организмов.

Начало страницы


ВЛАЖНАЯ НАПРАВЛЯЮЩАЯ

Методология

  • Разъяснения относительно оценок снижения токсичности и идентификации в программе национальной системы устранения выбросов загрязняющих веществ — документ дополняет существующие руководства и политику Агентства по охране окружающей среды в отношении WET и ​​TRE / TIE, но не меняет текущую политику или юридические полномочия.

Программный

  • Общая токсичность сточных вод (WET) Таблица NPDES — Эту электронную таблицу можно использовать для анализа достоверных данных испытаний на острую или хроническую токсичность WET с использованием статистических подходов. Результаты, полученные с помощью электронной таблицы, могут использоваться разработчиками разрешений NPDES для определения разумного потенциала (RP) в соответствии с TSD EPA (см. Страницы 53-57, Глава 5) и для определений соответствия NPDES WET (см. TSD, страницы 112-113, Глава 6). Лица, получившие разрешение NPDES и испытательные лаборатории WET, также могут найти электронную таблицу полезной при анализе достоверных данных испытаний WET.
  • Разъяснения в отношении оценок снижения токсичности и идентификации в программе национальной системы устранения выбросов загрязняющих веществ (27.03.2001) — Предоставляет дополнительные разъяснения по проведению оценок снижения токсичности и оценок идентификации токсичности в отношении тестирования WET. Документ дополняет существующие руководства и политики EPA в отношении WET и ​​TRE / TIE, но не меняет текущую политику или юридические полномочия.
  • Проект национального руководства по внедрению токсичности целых сточных вод (WET) в рамках программы NPDES (28.12.2004) — этот проект документа объединяет предыдущие руководства, политику и другую информацию EPA и объединяет их в один всеобъемлющий документ.В документе также рассматривается ряд важных вопросов, которые были подняты штатами, регулируемой отраслью и заинтересованными сторонами в связи с внедрением ограничений WET в разрешениях NPDES.
  • Методические указания и рекомендации по тестированию на токсичность всех сточных вод (WET) (01.07.2000) — Этот документ предоставляет руководство и рекомендации по проведению одобренных методов тестирования WET и ​​интерпретации результатов тестов WET, представленных в рамках программы NPDES. . Это руководство частично выполняет обязательства по соглашению о юридическом урегулировании, которое разрешает судебное оспаривание окончательного правила WET.В документе представлены рекомендации по следующим вопросам: корректировка номинальной частоты ошибок, доверительные интервалы, зависимости «концентрация-реакция», ряды разбавлений и воды для разбавления.
  • Документ о реализации теста на значительную токсичность Национальной системы устранения выбросов загрязняющих веществ (01.06.2010) — сопроводительная записка и документ о реализации обеспечивают основу для реализации подхода Теста на значительную токсичность (TST) в рамках NPDES для разрешающих органов (штатов и регионы) и лица, заинтересованные в анализе данных испытаний WET с использованием традиционного подхода к проверке гипотез в рамках программы NPDES.

Примеры из практики

  • Испытания на токсичность сточных вод и окружающей среды и ответные меры сообщества Instream на реке Оттава, Лима, Огайо — Отчет об исследовании, оценивающем взаимосвязь токсичности сточных вод в целом с биологическим воздействием в пресноводной системе
  • Достоверность тестов на токсичность сточных вод и окружающей среды для прогнозирования биологического воздействия на Five Mile Creek, Бирмингем, Алабама — отчет об исследовании, оценивающем взаимосвязь токсичности сточных вод с биологическими воздействиями в пресноводной системе.
  • Достоверность испытаний на токсичность сточных вод и окружающей среды для прогнозирования биологического воздействия, Бэк-Ривер, гавань Балтимор, Мэриленд — Отчет об исследовании, оценивающий взаимосвязь токсичности сточных вод в целом с биологическими воздействиями в пресноводной системе.
  • Достоверность тестов на токсичность сточных вод и окружающей среды для прогнозирования биологического воздействия, река Канава, Чарльстон, Западная Вирджиния — Отчет об исследовании, оценивающий взаимосвязь токсичности сточных вод с биологическими воздействиями в пресноводной системе.
  • Достоверность тестов на токсичность сточных вод и окружающей среды для прогнозирования биологического воздействия, река Наугатук, Уотербери, Коннектикут — Отчет об исследовании, оценивающем взаимосвязь токсичности сточных вод в целом с биологическими воздействиями в пресноводной системе.
  • Достоверность испытаний на токсичность сточных вод и окружающей среды для прогнозирования биологического воздействия, река Огайо, близ Уилинга, Западная Вирджиния — Отчет об исследовании, оценивающий взаимосвязь токсичности сточных вод с биологическими воздействиями в пресноводной системе.
  • Срок действия тестов на токсичность сточных вод и окружающей среды для прогнозирования биологического воздействия, Сиппо-Крик, Серклвилль, Огайо — Отчет об исследовании, оценивающем взаимосвязь токсичности сточных вод с биологическими воздействиями в пресноводной системе.
  • Срок действия тестов на токсичность сточных вод и окружающей среды для прогнозирования биологического воздействия, Скелет-Крик, Эник, Оклахома — Отчет об исследовании, оценивающий взаимосвязь токсичности сточных вод с биологическими воздействиями в пресноводной системе.

Начало страницы


Инструменты для влажных тренировок

DVD-диски EPA WET (серия для пресной и морской воды) — EPA разработало эти DVD-диски в качестве важного обучающего инструмента для авторов и лабораторий региональных и государственных разрешений NPDES для использования в рамках реализации своей программы. Эти учебные материалы не заменяют глубокого понимания и чтения руководств по методам испытаний EPA WET.

Если вы хотите заказать обучающие видео-пакеты по методу испытаний WET (электронные копии дополнительных руководств и DVD-диски), обратитесь в Национальный сервисный центр экологических публикаций (NSCEP) по телефону (800) 490-9198 или nscep @ bps-lmit.com. Обязательно укажите в своем запросе соответствующий номер публикации WET.

Чтобы посмотреть сериал WET о пресной и морской воде, посетите страницу тренингов NPDES

Начало страницы

Смачиваемость — обзор | Темы ScienceDirect

23.4.1 Биологически активные поверхности со специальной смачиваемостью

Смачиваемость — это фундаментальное свойство твердой поверхности, которое играет важную роль в повседневной жизни, промышленности и сельском хозяйстве. Смачиваемость твердых субстратов определяется их свободной энергией и геометрической структурой поверхности.В природе многие биологические материалы демонстрируют отличную смачиваемость поверхности. Прекрасными примерами являются способность листьев лотоса к самоочищению [243], анизотропные смачивающие свойства рисовых листьев и крыльев бабочек [243, 244], несмачивающая ножка водомера [245], функция защиты от запотевания москитных глаз [246], супергидрофобное антиотражающее поведение крылья цикады [247–249], супергидрофобная высокая адгезионная способность лап геккона [250–252], «лепестковый эффект» поверхностей красных роз [253], способность собирать воду у жука пустыни Намиб и шелка паука [254,255] и самовыражение. -очищающая способность рыбьей чешуи [256].Биомиметические исследования показывают, что многомасштабные микро / наноструктуры на этих естественных поверхностях играют важную роль в создании желаемой смачиваемости, что дает нам много вдохновения для реализации особой смачиваемости на функциональных поверхностях за счет взаимодействия между химическим составом и поверхностными иерархическими микро / наноструктурами.

В природе лист лотоса является одним из наиболее известных и изученных примеров из-за хорошо задокументированного «эффекта лотоса», когда капли дождя легко катятся по поверхности листа лотоса, унося грязь и мусор [257].Уникальное супергидрофобное свойство самоочищения листьев лотоса можно отнести к эпикутикулярному воску и иерархической микронаноразмерной иерархической архитектуре в виде ресничекоподобных наноструктур, наложенных поверх сосочков микрометрового размера на их поверхности (рис. 23.13) [243]. ]. Вдохновленные эффектом самоочищения листьев лотоса, большое разнообразие искусственных супергидрофобных поверхностей было изготовлено путем создания соответствующего химического состава поверхности и иерархической геометрической структуры поверхности.Например, стабильная бионная супергидрофобная поверхность может быть изготовлена ​​путем погружения медной пластины в раствор жирных кислот при температуре окружающей среды, который имеет высокий угол контакта с водой около 162 ° и низкий угол скольжения около 2 °. Приведена типичная экспериментальная методика [258]: медную пластину погружали в этанольный раствор н -тетрадекановой кислоты (0,01 М) при комнатной температуре на 3-5 дней, погруженную медную пластину ополаскивали деионизованной водой и этанолом. тщательно, а затем просушить на воздухе.В таблице 23.6 перечислены некоторые супергидрофобные неорганические материалы, вдохновленные листьями лотоса.

Рисунок 23.13. Супергидрофобный лист лотоса [243]. (а) СЭМ-изображения с малым и большим увеличением (б) поверхностных структур на листе лотоса. Каждая эпидермальная клетка образует сосочек микрометрового размера и имеет наложенный на него плотный слой эпикутикулярного воска. Каждая из сосочков состоит из ветвистых наноструктур.

ТАБЛИЦА 23.6. Типичные примеры супергидрофобных неорганических материалов

9000 9000 9000 наноструктура 94 [9000] Cu Химическая структура Осаждение 9000 9000 prot 270] 9004 9000
Продукты Методы Структуры Ref.
Au Электрохимическое осаждение + LBL Коралловидная структура [259]
Ag Электрохимическое осаждение + LBL
Химический метод осаждения Ребристая наноигла [261]
Al Хемосорбция Образец ламинирования [262]
CdS [263]
ZnO Электрохимическое осаждение Пористая структура [264]
TiO 2 Спиновое покрытие Наночастицы
Термический пиролиз Структура наноцветков 9000 7 [266]
Co 2 O 3 Золь – гель Спиральный массив наностержней [267]
Sb 2 O 3 Гидротермальный синтез Иерархическая структура [268]
Y 2 O 3 Шаблонный синтез Цветочная структура [269]
LDHs Ion exchange
Углеродные волокна Пиролиз Нановолокно [271]
Углеродные нанотрубки Пиролиз Сотовидный [272] [272]
Цветочная структура [273]
Сетка из нержавеющей стали Метод распыления и сушки Блок-л ike-структура [274]

LBL: слой за слоем и LDH: слоистые двойные гидроксиды.

На поверхности некоторых растений и насекомых наблюдалась анизотропная смачиваемость. Например, натуральные листья риса обладают иерархической структурой, подобной листьям лотоса, и проявляют супергидрофобность. Однако по-другому сосочки расположены в одномерном порядке параллельно краю листьев риса (рис. 23.14a). Капля воды может свободно скатываться в этом направлении, но движется намного тяжелее в перпендикулярном [243]. Вдохновленные анизотропным расположением сосочков на рисовом листе, пленки из ориентированных на рисовый лист выровненных углеродных нанотрубок (ACNT) были изготовлены путем контроля поверхностного распределения катализатора (рис.23.14b), где микромасштабные массивы ACNT были структурированы с различными интервалами во взаимно ортогональных направлениях. На такой пленке также наблюдалось анизотропное осушение [243]. Недавно был применен двухэтапный процесс микроформования с разделением фаз, чтобы воспроизвести структуру листьев риса. Реплицированные искусственные листья риса показали не только очень похожую структуру на натуральные листья риса, но и поверхностные анизотропные смачивающие свойства [275].

Рисунок 23.14. (а) Крупномасштабные СЭМ-изображения поверхности листа риса ( Oryza sativa ) с разным увеличением. (б) СЭМ-изображение вида сверху рисовой пленки ACNT [243].

В природе комары обладают прекрасным зрением даже в водянистой и темной среде обитания (рис. 23.15). Глаз комара представляет собой сложную структуру, состоящую из сотен микромасштабных полушарий. Поверхность каждого микрополушария покрыта многочисленными тонкими ниппелями нанометрового размера. Эти соски очень однородные, их средний диаметр составляет 101 мм.1-7,6 нм и межчастичным расстоянием 47,6-8,5 нм, и они образуют приблизительно гексагональный неплотноупакованный (нгп) массив [246]. Продуманные микро- и наноструктуры москитных глаз обеспечивают поразительные супергидрофобные противотуманные свойства. Вдохновленные особой иерархической микроструктурой москитных глаз, искусственные аналоги сложных глаз, обладающие супергидрофобными противотуманными свойствами, могут быть получены методом мягкой литографии (рис. 23.15). Типичный синтез показан ниже [246].

Рисунок 23.15. (Вверху) Фотография противотуманных москитных глаз. Несмотря на то, что они подвергаются воздействию влаги, поверхность глаз остается сухой и чистой, в то время как из окружающих волос образуется множество капель. (Вниз) Схема, иллюстрирующая процедуру, используемую для создания микро- и наноструктур искусственного сложного глаза [246].

Сюэфэн Гао, Синь Ян, Си Яо, Лян Сю, Кай Чжан, Цзюньху Чжан, Бай Ян и Лей Цзян, Противотуманные свойства глаз комаров и искусственных аналогов, полученные с помощью мягкой литографии, не запотевают в сухом виде, Adv.Матер. 2007, 19, страницы 2213–2217, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & amp; Co. KGaA. Воспроизведено с разрешения.

Заказанные массивы круглых штифтов из фоторезиста были изготовлены методом фотолитографии. Слой (приблизительно 10 мкм) положительного фоторезиста наносили центрифугированием на предметные стекла при 2000 об / мин и помещали в печь при 88 ° C на 18 мин. Затем второй слой (примерно 10 мкм) фоторезиста наносили центрифугированием на затвердевшие образцы при 2000 об / мин и запекали в печи при 90 ° C в течение 30 минут. Этот слой фоторезиста подвергали воздействию УФ-источника света мощностью 1000 Вт через прозрачную маску с узором из кругов диаметром 20 мкм, расположенных на расстоянии 5 мкм друг от друга.Этот подход был использован для создания круглых штифтов из фоторезиста после проявления (0,5 мас.% Раствора NaOH), промывки деионизированной водой и сушки в атмосфере азота. После нагрева образцов при 160 ° C в течение 5–15 мин круглые стойки фоторезиста на предметных стеклах плавились и образовывали полусферы из-за минимизации межфазной энергии. Полученные в результате массивы полусфер фоторезистов были воспроизведены на штампе PDMS, который, в свою очередь, использовался в качестве эталона для репликации штампа PDMS с функциями гексагонально плотно упакованных (ГПУ) массивов полусфер микромасштаба.Наносферы кремнезема центрифугировали в этаноле, и осадок повторно диспергировали в воде. Каплю коллоидной суспензии объемом 10–20 мкл наносили на слегка наклоненную кремниевую подложку. Испарение суспензии происходило в закрытой камере с контролем температуры и влажности окружающей среды. В типичном процессе подъема штамп из PDMS с элементами рисунка приводился в конформный контакт с полученной кристаллической пленкой на кремниевой подложке, и образец подвергался горячему прессованию. После охлаждения образца до комнатной температуры штамп PDMS был осторожно отделен.Полученные искусственные составные микроструктуры глаза были модифицированы фторалкилсиланом с низкой поверхностной энергией.

Вдохновленные особой смачиваемостью биологической поверхности, было разработано множество различных синтетических стратегий для изготовления искусственных поверхностей со специальной смачиваемостью, которые были рассмотрены в ряде публикаций [3,257,276–286]. В последнее время много усилий было направлено на суперамфифобные (как супергидрофобные, так и суперолеофобные) поверхности в связи с их многочисленными практическими применениями.Вдохновленные принципом естественного дизайна, различные биомиметические искусственные суперамфифобные поверхности были созданы за счет комбинации химического состава поверхности, иерархических микро / наноструктур и других факторов [287–289].

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *