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Geschrieben von Dr. Amit Pratap Singh
Bewertet von Dr. Alidad Amirfazli
Geprüft: 28
Dies ist ein praktischer Leitfaden zur Oberflächenforschung für Forscher, die in der Schiffbauindustrie arbeiten.
In diesem brandneuen Leitfaden erfährst du alles über:
Lassen Sie uns gleich eintauchen.
Die Schiffbauindustrie umfasst sowohl das Engineering hinter der Schiffsentwicklung als auch die Industriesektoren, die für die Fertigstellung und Reparatur von Schiffen verantwortlich sind. Dieses komplexe Feld umfasst verschiedene Sektoren, darunter den Bau von Schiffen für die Handelsschifffahrt, die Seeverteidigung und die Freizeitschifffahrt. Oberflächeneigenschaften wie Kontaktwinkel, Gleitwinkel, Oberflächenspannung und Oberflächenenergie sind entscheidend für die Sicherstellung der Integrität, Leistung und Langlebigkeit von Schiffen.
Wir verwenden die folgenden wichtigen Oberflächeneigenschaften, um das Verhalten von Schiffbauprodukten zu verstehen und ihre Qualität zu verbessern.
Young – Laplace-Methode
Polynomiale Methode
Dynamischer Kontaktwinkel
Wenn wir einen Tropfen auf eine feste Oberfläche geben, besteht im Idealfall ein einzigartiger Winkel zwischen der Flüssigkeit und der festen Oberfläche. Den Wert dieses idealen Kontaktwinkels (den sogenannten Young-Kontaktwinkel) können wir mit Hilfe der Young-Gleichung berechnen. In der Praxis ist der Kontaktwinkelwert auf einer Oberfläche aufgrund der Oberflächengeometrie, Rauheit, Heterogenität, Verschmutzung und Verformung nicht unbedingt eindeutig, sondern liegt innerhalb eines Bereichs. Wir nennen die oberen und unteren Grenzen dieses Bereichs den fortschreitenden Kontaktwinkel bzw. den zurückweichenden Kontaktwinkel. Auch die Werte des vor- und zurückgehenden Kontaktwinkels für einen festen Untergrund sind sehr empfindlich. Sie können von vielen Parametern beeinflusst werden, wie z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Homogenität und kleinste Verschmutzung der Oberfläche und der Flüssigkeit. So können z.B. der vor- und zurückgehende Kontaktwinkel einer Fläche an verschiedenen Stellen unterschiedlich sein.
Praktische Oberflächen und Beschichtungen weisen von Natur aus eine Kontaktwinkelhysterese auf, die auf eine Reihe von Gleichgewichtswerten hinweist. Wenn wir statische Kontaktwinkel messen, erhalten wir einen einzigen Wert innerhalb dieses Bereichs. Sich ausschließlich auf statische Messungen zu verlassen, wirft Probleme auf, wie z. B. schlechte Wiederholgenauigkeit und unvollständige Oberflächenbewertung in Bezug auf Haftung, Sauberkeit, Rauheit und Homogenität.
In der Praxis müssen wir die Leichtigkeit der Flüssigkeitsverteilung (Vorschubwinkel) und die Entfernungsleichtigkeit (Rückzugswinkel) einer Oberfläche verstehen, z. B. beim Lackieren und Reinigen. Die Messung von Vorschub- und Rückzugswinkeln bietet eine ganzheitliche Sicht auf die Flüssig-Feststoff-Wechselwirkung, im Gegensatz zu statischen Messungen, die einen beliebigen Wert innerhalb des Bereichs liefern.
Diese Erkenntnisse sind entscheidend für reale Oberflächen mit Variationen, Rauheit und Dynamik und helfen Branchen wie Kosmetik, Materialwissenschaft und Biotechnologie bei der Gestaltung effektiver Oberflächen und der Optimierung von Prozessen.
Erfahren Sie, wie die Kontaktwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Kontaktwinkelmessung lesen Sie unsere Kontaktwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
Diese Eigenschaft misst die Kraft, die auf die Oberfläche einer Flüssigkeit wirkt, mit dem Ziel, ihre Oberfläche zu minimieren.
Dynamische Oberflächenspannung
Die dynamische Oberflächenspannung unterscheidet sich von der statischen Oberflächenspannung, die sich auf die Oberflächenenergie pro Flächeneinheit (oder die Kraft, die pro Längeneinheit entlang des Randes einer flüssigen Oberfläche wirkt) bezieht.
Die statische Oberflächenspannung charakterisiert den Gleichgewichtszustand der Grenzfläche von Flüssigkeiten, während die dynamische Oberflächenspannung die Kinetik von Änderungen an der Grenzfläche berücksichtigt. Diese Veränderungen können das Vorhandensein von Tensiden, Additiven oder Schwankungen in Temperatur, Druck und Zusammensetzung an der Grenzfläche beinhalten.
Die dynamische Oberflächenspannung ist essentiell für Prozesse, die schnelle Änderungen an der Flüssig-Gas- oder Flüssig-Flüssig-Grenzfläche beinhalten, wie z. B. Tröpfchen- und Blasenbildung oder Koaleszenz (Änderung der Oberfläche), Verhalten von Schäumen und Trocknung von Lacken (Änderung der Zusammensetzung, z. B. Verdampfung von Lösungsmittel). Wir messen es, indem wir die Form eines hängenden Tröpfchens im Laufe der Zeit analysieren.
Die dynamische Oberflächenspannung gilt für verschiedene Branchen, darunter Kosmetika, Beschichtungen, Pharmazeutika, Farben, Lebensmittel und Getränke sowie industrielle Prozesse, in denen das Verständnis und die Kontrolle des Verhaltens von Flüssigkeitsgrenzflächen für die Produktqualität und Prozesseffizienz unerlässlich ist.
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenspannung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein vollständigeres Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenspannungsmessung: Der endgültige Leitfaden
Erfahren Sie, wie die Messung der Oberflächenenergie mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenenergiemessung lesen Sie unsere Oberflächenenergiemessung: Der ultimative Leitfaden
Der Gleitwinkel misst den Winkel, in dem ein flüssiger Film über eine feste Oberfläche gleitet. Es wird häufig verwendet, um die Rutschhemmung einer Oberfläche zu beurteilen.
Erfahren Sie, wie die Gleitwinkelmessung mit unserem Tensiometer durchgeführt wird
Für ein umfassenderes Verständnis der Gleitwinkelmessung lesen Sie unsere Gleitwinkelmessung: Der endgültige Leitfaden
In der Schiffbauindustrie gibt es mehrere Fallstudien, die die Vorteile der Durchführung von Messungen der Oberflächeneigenschaften veranschaulichen.
Herausforderung: Ein Schiffslackierunternehmen sah sich aufgrund der Viskosität der Beschichtungsflüssigkeit, der Oberflächenspannung und des Kontaktwinkels des Substrats mit unebenen Oberflächenbeschichtungen konfrontiert.
Lösung: Das Ingenieurteam des Unternehmens entdeckte, dass die Verwendung einer Beschichtungsflüssigkeit mit einem Kontaktwinkel von weniger als 90° einen Pinning-Effekt verursacht, der die Unebenheiten der Oberfläche reduziert. Durch die Anpassung des Kontaktwinkels, um diesen Effekt zu erzielen, milderten sie die Auswirkungen unebener Beschichtungen und nutzten das Zusammenspiel zwischen der Viskosität der Flüssigkeit und der Oberflächenenergie des Substrats.
Herausforderung: Die im Schiffbau verwendeten superhydrophoben Beschichtungen waren teuer und kompliziert in der Herstellung.
Lösung: Die Forscher entwickelten kostengünstige, mechanisch stabile superhydrophobe Mikro-/Nanobeschichtungen, indem sie die Laserbearbeitung mit Materialien mit geringer Oberflächenenergie kombinierten. Diese Beschichtungen, die durch Kontaktwinkel- und Gleitwinkelmessungen eine hervorragende Hydrophobie aufweisen, bieten eine dauerhafte Wasserabweisung und vereinfachen den superhydrophoben Beschichtungsprozess.
Herausforderung: Die Reedereien mussten den Treibstoffverbrauch und die Emissionen senken.
Lösung: Die Unternehmen haben innovative Rumpfbeschichtungen mit geringer Oberflächenenergie und Gleitwinkeln eingeführt, um die Reibung mit Meerwasser zu minimieren. Durch die Verbesserung des hydrodynamischen Wirkungsgrads führten diese Beschichtungen zu erheblichen Kraftstoffeinsparungen, geringeren Betriebskosten und einem geringeren CO2-Fußabdruck. Das tragbare Instrument von Droplet Lab ermöglicht eine genaue Messung der Oberflächenenergie und der Gleitwinkel und stellt so die Wirksamkeit dieser Beschichtungen unter realen maritimen Bedingungen sicher.
Herausforderung: Aluminium 7075 litt trotz seiner hohen Festigkeit unter Korrosion, was seine Verwendung in der Unterwasserindustrie einschränkte.
Lösung: Das Forschungsteam experimentierte mit blankem Aluminium und ölimprägnierten Oberflächen aus anodischem Aluminiumoxid (AAO). Salzsprüh- und Drucktests zeigten, dass das ölimprägnierte AAO einen hohen Kontaktwinkel beibehielt, was die Korrosionsbeständigkeit deutlich verbesserte. Diese Modifikation machte Aluminium 7075 für Unterwasseranwendungen geeignet.
Herausforderung: Rutschige Decksoberflächen gaben Anlass zu Sicherheitsbedenken.
Lösung: Um die Hydrophobie der Decksoberfläche zu verbessern, führten die Ingenieure Kontaktwinkelmessungen an verschiedenen Oberflächenbehandlungen durch. Durch die Optimierung dieser Behandlungen wurde die Hydrophobie erhöht, das Rutschrisiko bei Nässe verringert und die Sicherheit verbessert.
Wenn Sie an der Implementierung dieser oder anderer Anwendungen interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte.
Wohin wenden sich die Schiffbauhersteller in einer Branche, in der Präzision an erster Stelle steht, um sicherzustellen, dass ihre Produkte einer genauen Prüfung standhalten? Die Antwort liegt in Normen und Richtlinien: dem Kompass, der Kosmetikhersteller durch das komplexe Labyrinth von Qualität und Leistung führt.
Diese ASTM-Norm enthält eine Anleitung zur Messung von fortschreitenden Kontaktwinkeln, die für Oberflächeneigenschaften relevant sein können. Nach dieser Norm ist es wahrscheinlicher, dass eine Oberfläche mit hoher Benetzungsfähigkeit eine starke Haftung und ein wünschenswertes Aussehen erreicht, wenn sie beschichtet wird. Darüber hinaus ist es weniger anfällig für Oberflächenspannungsbedingte Defekte wie Kriechen, Kraterbildung, Lochbildung und Orangenhaut. Die Benetzung kann durch einen niedrigen Vorschub-Kontaktwinkelwert (<45°) definiert werden. Winkel von 10 bis 20° deuten auf eine hervorragende Benetzung hin.
Diese Norm beschreibt ein Verfahren zur Bewertung von Delamination und Korrosion, die einen Riss oder einen anderen künstlichen Defekt auf einer beschichteten Platte oder einem Prüfkörper umgeben, der einer korrosiven Umgebung ausgesetzt ist. Es handelt sich um die Bewertung der Beschichtungsdegradation, die kritische Aspekte wie Delamination und Korrosion umfasst, die beide im Zusammenhang mit dem Schiffbau wichtige Faktoren sind.
Wir hoffen, dass dieser Leitfaden Ihnen gezeigt hat, wie Sie die Oberflächenwissenschaft in der Kosmetikindustrie anwenden können.
Nun möchten wir das Wort an Sie übergeben:
Droplet Lab wurde 2016 von Dr. Alidad Amirfazli, Fakultätsmitglied an der York University, und zwei seiner Forscher, Dr. Huanchen Chen und Dr. Jesus L. Muros-Cobos, gegründet.
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