濡れと撥水性

１２．濡れと撥水性

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溶接に水分はご法度。でも水中溶接は水に囲まれた中で溶接を実施し無ければならない場合が多くあります。水中でアーク溶接を効率的に実施するために、超撥水機能を利用して、水中での溶接実験を研究してきました。研究の過程で確認した、水滴や気滴の面白い現象を紹介します。

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超撥水機能の評価(並べて表示)。セラミックはすぐ水を吸収するため、水滴を落下させるとすぐにセラミック内部に吸収される。一方、超撥水性と量を塗布したセラミックスは水をはじき、落下した水滴は丸くなり表面を転がる。。 (mes_wtrdrp-w, 512×200, 9秒) 167)
超撥水セラミックは水をはじく。セラミックは多孔質な材料であり表面に微細な孔が多くあいている。このような表面でも超撥水性塗料を塗布すると、表面で水がはじかれセラミック内部には侵入できず丸くなり、表面を転がる。 (mes_wtrdrp-o, 256×256, 17秒) 168)
セラミックによる水滴の吸収。セラミックは多孔質な材料であり表面に微細な孔が多くあいている。このため、表面に落下した水滴は、セラミック内部に即座に吸収される。内部に水分が貯蔵された状態で溶接に用いると、内部に吸収された水が、溶接部とアーク部に浸入し適切な溶接が実施できなくなる。 (mes_wtrdrp-x, 256×256, 17秒) 169)
錆びた鉄板上への水滴の落下。落下した水滴は錆びた鉄板表面になじむ。錆びは鉄板の主成分との酸化物であり親水性を示す場合が多い。このため、表面に落下した水滴は表面上を広く広がる。錆びは水分を多く吸収するため、溶接前にきちんと除去しておく必要がある。 (mes_02np, 256×256, 9秒) 170)
鉄板上への水滴の落下。落下速度が速いと、錆びた鉄板でも王冠状の跳ね返りが見られる。 (mes_04np, 256×256, 8秒) 171)
磨いた鉄板上への水滴の落下。鉄板をグラインダで磨くとなじみは少なくなり、王冠状の跳ね返りが見られるとともに、界面でのなじみが悪くなる。 (mes_05np, 256×256, 18秒) 172)
セラミックへの水滴の落下。落下速度が速いと錆びた鉄板への落下と同様に、王冠状の跳ね返りが出るが、すぐ吸収される。 (mes_07nc, 256×256, 31秒) 173)
セラミックへの水滴の落下。超撥水機能をつけると、落下した水滴は運動エネルギーと表面張力のバランスが崩れ、面白い運動をする。 (mes_08rc, 256×256, 30秒) 174)
超撥水鉄板上での水滴のダンス。超撥水性の材料に衝突した水滴は、内部の運動エネルギーと表面張力のバランスが崩れ、机上を刻々と変化させ面白い運動をする。 (mes_10rp, 256×256, 16秒) 175)
セラミックへの落下水滴の吸収。多孔質のセラミックは親水性にとみ、落下した水滴はすぐに内部に吸収される。 (mes_12nc, 256×256, 13秒) 176)
割れる水滴。超撥水鉄板へ一定以上の速度で水滴が落下すると、水滴は粉々になって飛び跳ねる。衝突速度と水滴の大きさにより現象は異なり、この場合には水滴は、粉々になって飛び跳ねた。中央部の多くは一旦周囲に広がるが、表面張力によりまた中心部に引き寄せられる。 (mes_13rc, 256×256, 12秒) 177)
割れる水滴。超撥水鉄板へ一定以上の速度で水滴が落下すると、水滴は粉々になって飛び跳ねる。中央部の多くは一旦周囲に広がるが、表面張力によりまた中心部に引き寄せられる。中心に引き寄せられた水の運動は上向きに変化し一部は再度離脱して上方に飛散する。 (mes_14rp, 256×256, 24秒) 178)
セラミックの嫌気性。親水性と撥水性で動作が大きく異なり、周囲が空気か水かで挙動が逆転する。親水性のセラミックを水中に入れて空気を吹き付けると、空気ははじかれる。 (mes_15nc_uw, 256×256, 29秒) 179)
超撥水セラミックの親気性。水中の超撥水セラミックに空気を吹き付けると空気は表面に引き寄せられる。表面に空気膜を作る性質はいろいろな用途に利用できる。セラミックと超撥水塗料との親和性(強度)に若干の問題を残し、外力で塗料がはがれると撥水機能が低下する。 (mes_16rc_uw, 256×256, 30秒) 180)
水中で超撥水セラミックに空気を吹き付けると空気は表面に引き寄せられる。表面張力、浮力、親和力など異なる性質を持つ媒体の界面では複雑な現象が起こる。 (mes_17rc_uw, 256×256, 24秒) 181)
水中で超撥水鉄板に空気を吹き付けると空気は表面に引き寄せられる。表面張力、浮力、親和力など異なる性質を持つ媒体の界面では複雑な現象が起こる。 (mes_18rp_uw, 256×256, 19秒) 182)

次ページ　2017.05.13作成　2017.05.13改訂