Pour fonctionner efficacement, la surface du garnissage doit
idéalement être entièrement recouverte d'une pellicule liquide. Le
débit nécessaire pour obtenir ce résultat dépend de la surface à
mouiller et de la mouillabilité du matériau.
Le
liquide au contact de
la surface du garnissage tend à former une goutte plus ou moins étalée.
Ceci est caractérisé par l'angle de contact.
Si le matériau du
garnissage est plus difficilement mouillé par le liquide, le débit
minimum d'arrosage devra être supérieur. C'est généralement le cas des
matières plastiques qui sont généralement plus difficilement mouillées
par les fluides aqueux que les métaux ou les céramiques.
Certains traitements de surface permettent d'augmenter la mouillabilité
du matériau.
Angle de contact
Lorsqu'une interface existe entre un liquide et un solide, l'angle
entre la surface du liquide et l'extérieur de la surface de contact est
décrit comme l'angle de contact "θ".
L'angle de contact
(ou angle de mouillage) est une mesure de la mouillabilité d'un solide
par un liquide. Un angle de contact faible
signifie que le liquide couvre bien la surface du matériau; le matériau
est bien mouillé. Un angle élévé indique que le liquide tend à se
ramasser en une goutte sphérique, laissant une large portion du
garnissage nu.
L'angle de contact peut être mesuré, ou estimé au moyen des
tensions superficielles:
- du liquide (σl)
- du solide (σs)
- interfaciale liquide-solide (σsl)
cos(θ) = (σs
- σsl) ⁄ σl
La tension superficielle du liquide peut être mesurée tandis que les
tensions superficielles du solide et interfaciale, doivent être
estimées:
- la tension superficielle du solide est supposée égale à la
tension superficielle critique qui peut être déterminée par la méthode
de Zisman.
- la tension interfaciale liquide-polymère solide peut être
estimé par la méthode de Girifalco et Good
σsl = σs
+ σl
- 2Φ × (σs × σl)½
Φ = 4(Vs × Vl)⅓ ⁄ (Vs⅓
+ Vl⅓)²
avec:
V
s: volume molaire du solide = M
s ⁄ ρ
s
[cm³/mole]
V
l: volume molaire du liquide = M
l
⁄ ρ
l [cm³/mole]
Tension superficielle critique
La
tension superficielle critique caractérise la mouillabilité du
matériau par le liquide.
La méthode selon Zisman permet d'analyser la mouillabilité d'un solide
en déterminant la tension superficielle critique à l'aide de l'angle de
contact.
Le cosinus de l'angle de contact θ est représenté par rapport
à la tension superficielle du liquide approprié. La valeur de la
tension superficielle extrapolée à
cos θ
= 1 (angle de contact = 0°) est la tension superficielle
critique σ
crit.
Cette valeur est la tension superficielle qu'un liquide
doit avoir pour mouiller complètement un solide.
Valeurs pour des matériaux constituant du garnissage
matériau |
tension
superficielle
critique
[mN/m] |
verre |
73 |
céramique |
61 |
PVC |
40 |
graphite |
60-65 |
acier |
71 |
Valeurs pour des polymères
Source:
www.accudynetest.com
Polymère
|
CAS
number
|
σcrit
[mN/m] |
θ
avec l'eau
[deg] |
Acrylonitrile butadiene
styrene (ABS)
|
9003-56-9 |
38.5 |
80.9 |
Epoxies
|
- |
44.5 |
76.3 |
Fluorinated ethylene propylene (FEP)
|
25067-11-2 |
19.1 |
108.5 |
Hexatriacontane
|
630-06-8 |
20.6 |
108.5 |
Nylon 6 (polycaprolactum, aramid 6)
|
25038-54-4 |
43.9 |
62.6 |
Nylon 6,6
|
32131-17-2 |
42.2 |
68.3 |
Nylon 7,7
|
- |
43 |
70 |
Nylon 8,8
|
- |
34 |
86 |
Nylon 9,9
|
- |
34 |
86 |
Nylon 10,10
|
- |
32 |
94 |
Nylon 11
|
25587-80-8 |
35.6 |
82 |
Nylon 12
|
24937-16-4 |
37.1 |
72.4 |
Paraffin
|
8002-74-2 |
24.8 |
108.9 |
Polybutadiene
|
9003-17-2 |
29.3 |
96 |
Poly n-butyl methacrylate (PnBMA)
|
25608-33-7 |
29.8 |
91 |
Poly t-butyl methacrylate (PtBMA)
|
25189-00-9 |
18.1 |
108.1 |
Polycarbonate (PC)
|
24936-68-3 |
44 |
82 |
Polychlorotrifluoroethylene (PCTFE)
|
9002-83-9 |
30.8 |
99.3 |
Polydimethylsiloxane (PDMS)
|
9016-00-6 |
20.1 |
107.2 |
Polyethylene (PE)
|
9002-88-4 |
31.6 |
96 |
Polyethylene oxide (PEO, PEG, polyethylene glycol)
|
25322-68-3 |
43 |
63 |
Polyethylene terephthalate (PET)
|
25038-59-9 |
39 |
72.5 |
Poly(hexafluoropropylene)
|
- |
16.9 |
112 |
Polyisobutylene (PIB, butyl rubber)
|
9003-27-4 |
27 |
112.1 |
Polymethyl methacrylate (PMMA, acrylic, plexiglas)
|
9011-14-7 |
37.5 |
70.9 |
Polyoxymethylene (POM, polyacetal, polymethylene oxide)
|
24969-26-4 |
37 |
76.8 |
Polyphenylene sulfide (PPS)
|
26125-40-6 |
38 |
80.3 |
Polypropylene (PP)
|
(a) |
30.5 |
102.1 |
Polystyrene (PS)
|
9003-53-6 |
34 |
87.4 |
Polysulfone (PSU)
|
25135-51-7 |
42.1 |
70.5 |
Polytetrafluoroethylene (PTFE)
|
9002-84-0 |
19.4 |
109.2 |
Polytrifluoroethylene
|
24980-67-4 |
26.5 |
92 |
Polyvinyl acetate (PVA)
|
9003-20-7 |
35.3 |
60.6 |
Polyvinyl alcohol (PVOH)
|
25213-24-5 |
37 |
51 |
Polyvinyl chloride (PVC)
|
9002-86-2 |
37.9 |
85.6 |
Polyvinyl fluoride (PVF)
|
24981-14-4 |
32.7 |
84.5 |
Polyvinylidene chloride (PVDC, Saran)
|
9002-85-1 |
40.2 |
80 |
Polyvinylidene fluoride (PVDF)
|
24937-79-9 |
31.6 |
89 |