多孔陶瓷的表征与性能测试技术_上_
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
< 气瓶 ! 干燥器 ) 调压阀 # 蒸发器 R 压力表
数， 除了需假设： 圆柱形孔， 接触角为零外； 还需假设： 湿 多孔材料的气体流量与被打开孔的面积成正比 .!)/ 。因此 湿多孔材料与 “干多孔材料” 流量比 KL; 反映为被打 开 孔 面 积的百分率： （$)） L9 6 ; A EF9 6 ; !<M"NO&&&&&&&&&&& EG9 6 ; 将 L9 6 ; 对孔径微分得到孔径分布函数 P 9 6 ; ： （$#） P 9 6 ; A J9 L9 6 ; ; &&&&&&&&&&&&&&& J6 多孔材料待测样品装入样品室前，用抽真空方法或 煮沸法充分浸润多孔材料孔洞。氮气经减压缓冲后进入 多孔材料内侧，外侧经气液分离器和气泡检测器或流量 计与大气相通。 出现第一个气泡时对应着多孔材料上的最 大孔径。不断增大气体压力， 多孔材料上的孔由大到小依 次被打开， 平衡后测定湿多孔材料的气体流量。当多孔材 料上的孔全部打开时降低压力测定干多孔材料的气体流 量， 利用9 $!; "9 $#; 式分别计算湿干多孔材料流量比 L9 6 ; 和孔径分布函数 P 9 6 ; 。 !Q )Q !& 测试仪器及设备 测试孔径的实验装置如图 ) 所示，样品室如图 # 所 示。
项目编号： S8 本文受广州市科委项目资助， !55:NRN55!N5:
Z
（#4567/8&.392 ） !"#$%&’()*%+,(#’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’-./012’&.31
增大到 1， 所有孔内都发生毛细冷凝。在相对蒸汽压由 1 逐渐减小到 : 的脱附过程中，冷凝液相首先由最大孔内 所有 蒸发脱附出来， 小孔依次被打开， 当 ;5 减小为 : 时， 的孔被打开。根据吸附 < 脱附理论，脱附过程 =>?， !>:。 @4/A6= 方程可简化为： /= B ;5 C >< ?"- ’’’’’’’’’’’’’’’’ F ?C 5 D*E 实际的孔半径与 @4/A6= 半径 8888 由于多层吸附的存在， 并不相等。对于圆柱形孔， 实际孔半径 F 5 C 与 @4/A6= F 5 @C
— — 易凝蒸汽的相对蒸汽压 BC 8 — BC 8 D8 B= LB "， B" 毛细管蒸汽压 2 BM4 8888 B= 汽液平衡蒸汽压2 BM4 — — 过程参数 88 ;8 — — — 气 N 液表面张力 K OL< 4 ! — ) — — 冷凝液相摩尔体积2 <L<F/ 4 !!PQ — — — 液 N 固接触角 2 "4 88 " — — — 即毛细管内汽 N 液曲面半径 88 C H8 — > ?/ @, ; 半径2 < 4， — — 气体常数 2 RL<F/ 9 > I8 — 4 — — 多孔介质的绝对温度2 > 88 J8 — 4 蒸汽将在小于 C H 的孔内冷凝； 8888 对于相对蒸汽压 BC ， BC
?1、 ??I 。非凝气体一般使用 & 烷G?:、 $4 或 " ?、 ?O 。
当膜的温度由 E 增大到 EJ&E 时， 打开的孔径由 5 变 相应渗透性的变化量为： 化到 5J &5 ， （5 J&5 C < \ F 5 C > ]
"
?5 5 J&! L*E/ $
"
!
9*E %\F 5 C &5< %+
! %+ %\F 5 C &588888 %+ *E M] 8 88888 当 &5 !: 时， \ F 5 C >< L/ $ ?5 % ! 9 M5
5
"
#$&#
?5 L*E/ $
利 用 F ?C 和 F 11C 式 即 可 得 实验测定 ] 与 E 的关系， 到非对称或复合膜分离层活性孔的分布函数。
蒸汽渗 透 法 通 过 测 定 不 同 相 对 蒸 汽 压 F ;5 >;:S; K C’ 对 应的非凝气体的渗透通量， 从而 得 到 @4/A6= 孔 径 ， 进一 可以 步得到孔径分布函数。改变测量过程中的自变量 ;5 ， 改变 ;K ， 也可以改变 ;:。前者恒定膜温度， 改变汽相组成， 一般都采用这种方法测定膜的孔径分布
G?1、 ??I
； 后者保持汽
!""# 年第 $ 期 （第 %# 期）
佛 山 陶 瓷
T
大到一定值时， 多孔材料上的最大孔首先被打开， 而后小 孔依次打开， 利用9 <!; 式计算孔径。同时测定反映开孔数 。当多孔材料上的所有孔被打 的湿多孔材料气体流量 EF 。 开时， 减压测定此时 “干多孔材料” 气体流量 EG 与介质为流动液体的液体排除法不同，气体泡压法 的气体流动介质在多孔材料微孔中，不仅以层流方式透 过， 还存在 HI2JC5I 流。因此为得到多孔材料孔径分布函
两侧应无明显的蒸汽压差，须控制混合气中蒸汽含量在
?1、 ??I 之间G?:、 。 PQ !1:R
?3 ?3 28 试验装置
根据前面介绍的测定原理，建立了如图 1 所示的实 验测定装置。 & 经减压、 稳压、 干燥后， 依 ? 作为非凝气体， 次进入两级蒸发器， 得到饱和的环己烷混合气。混合气流 过膜 面 ， 一部分放空， 一部分在微压差的作用下透过膜； 透过物经冷阱分离环己烷后， 用皂泡流量计测定 & ? 的渗 透通量。当膜和第二级蒸发器的温度相等， 并达吸附平衡
?5 " L*E/ $
5
"
! %+ %\F 5 C &58888888888888
><
9*E
888888888888888 9*E
（N） （1:） （11）
由于使用了混合气， 为降低膜的分离效应影响， 需尽 可能地减小膜两侧的压差，一般控制压差在 13 NNN9D;7
?:I 以内 G11、 。另外为确保膜孔内毛细冷凝的静力学平衡， 膜
’)、 #(
，能直接提供全面的孔结构信
息。 但显微法观察的视野小， 只能得到局部信息； 而透射电 子显微镜制样较困难， 孔的成像清晰度不高； 显微法是属 于破坏性试验等，这些特点使它成为其他方法的辅助手 段， 用于提供有关孔形状的信息。 蒸汽渗透法主要适用于无机超滤复合膜或非对称膜 及改性膜孔径分布的测定研究。
$&& 前
言
显微法就是采用扫描电子显微镜或透射电子显微镜 对多孔陶瓷进行直接观察的方法。 该法是研究 :55;<以上 的大孔较为有效的手段
’:5(
多孔陶瓷是一种人工合成的、 体内具有大量彼此相通 或闭合气孔的陶瓷材料’ $( ， 它具有机械强度高、 易于再生、 因而被广泛用于化工、 化学稳定性好、 耐热性好等优点 ’ !( ， 环保、 能源、 冶金、 电子等领域， 作为吸声材料， 敏感元件和 人工骨， 齿根等材料也越来越受到人们的重视
!""# 年第 $ 期 （第 %# 期）
佛 山 陶 瓷
1
!!!!!!!
罗 民 华 $8888
（$8 景德镇陶瓷学院
曾 令 可!
1$5A#5）
)))5558888 !8 华南理工大学材料学院
本文综合论述了多孔陶瓷材料微观结构表征及各种性能的测试技术， 以及相关的仪器设备。 多孔陶瓷 T 测试 T 表征
!9 !9 :& 基本原理
当易凝蒸汽与多孔介质接触，相对蒸汽压由 5 增加 到 : 的过程中，在介质的表面和孔中将依次出现单层吸 附、 多层吸附和毛细管冷凝。多层吸附层、 “= 层” 大小是相
:1( 对蒸汽压和温度的函数’ :#、 。毛细管冷凝可用 >?/@,; 方
2 孔径 6155! 4 。多孔陶瓷的形态也可以为粒状、圆柱
!
（5 C > ]
?5 9*E %\F 5 C &5888888888 " L*E/ $!+ %
5
"
8（9）
?3 ?3 ?8 实验条件选择
利用毛细管冷凝机理测定孔径分布，要求首先达到 其次， 应从测定的可靠性及方便性选择合 静力学平衡 G1NI ； 适的实验条件； 第三是利用脱附过程测定孔径分布。 易凝蒸汽要求： 液相有高的蒸发速度， 汽相有良好的 但 润湿性能， 尽可能小的球形分子。((/2 符合上述条件， 考虑到 ((/2 有一定的毒性，目前更趋向使用低毒的环己
。
随着多孔陶瓷使用范围的扩大， 所使用的材质由普通 粘 土 质 发 展 到 耐 高 温 、 耐 腐 蚀 、 耐 热 冲 击 性 的 材 质* 如 堇青石等 。由于使用目的不同， 对材料的性能 +,-、 ./!0 )、
’1(
要求各异， 需要不同的制备技术， 因此制备出的多孔陶瓷 种类也很多， 如根据孔径大小可分为三类： 微孔陶瓷 2 孔 介 孔 陶 瓷 2 !5! 3 孔 径 3155! 4 ， 宏孔陶瓷 径 3!"! 4 ，
’7(
状、 孔管状以及蜂窝状等 。以上所述各种因素导致了多
’%(
孔陶瓷的测试分析及表征技术与设备也不尽一样。 尽管多孔陶瓷制备技术已从初期的摸索逐步进入了 应用阶段， 但仍有很多问题有待解决， 其中的理化性质的 表征方法有待进一步的发展完善。 本文详细阐述了多孔陶 瓷的结构表征原理、 方法、 设备， 以及力学、 热学等性能的 测试技术及设备。
58 >8 5 DJK88888888888888888888 F LC “K ” 层厚度。实际孔径 F MC 与 @4/A6= 8888 K 为孔表面上的
半径的关系为：
8888 8888 8888 8888
F 2C 8888 因此，利用毛细冷凝机理测定 #<%/ ?" L 孔径分布时， 可用 F 2C 式计算孔径大小。
程描述 ’$A( ：
/ ;2 BC 4 D ;!@EFG " 888888888888888888 C HIJ 8888
式中：
K :4
!8& 多孔陶瓷结构表征
多孔陶瓷的性能与其孔结构参数如孔径和孔径分布、 孔密度、 孔形状、 孔长度、 孔曲率等有着直接的关系。对多 孔陶瓷孔结构的研究迫切需要准确、简洁的孔表征技术。 现对主要方法作以下介绍。
（Z ） > ? 5 9*E 8888 W @ %+ L +为非凝气体的摩尔质量F D[SY./ C 。 定义孔径分 布 函 数 \ F 5 C 为 孔 径 在 5 到 5J &5 范 围 内 单位面积上 5 孔的个数： （H） \ F 5 C > & 8888888888888888888888888888 &5 % ? — — 膜的有效渗透面积 F Y %8 — C8 非凝气体渗透性 ]8 F8 58 C ： 888 在脱附测定过程中，
19I 半径存在以下关系G1H、 ：
相组成不变， 只改变膜的温度， 因此不需气相色谱仪等分 析手段， 装置比简单。
?3 ?3 L’ 孔径分布函数的求取
根据气体扩散机理，当复合膜或非对称膜分离层孔 径足够小， 非凝气体 F & $4 或 " ?、 ?C 以 @=TMU4= 扩散方式透 过膜， 这时 & ? 的渗透性 V F 5 C 与膜孔径等结构参数的关系 如下 G?1I ：
在实际测定过程中，易凝蒸汽与非凝气体一起流过 膜面，并部分渗透过膜。在 ;5 增大的吸附过程中，小于 膜上所有 @4/A6= 半径的孔被冷凝的液相所阻塞， ;5 为 1， 的孔被阻塞； 同时， 非凝气体的渗透通量不断减小直至为 零。测定孔径分布利用脱附过程， 这时逐步降低相对蒸汽 压，孔由大到小依次打开，非凝气体的渗透通量不断增 就可得到膜的孔 大。 由非凝气体的渗透通量与 ;5 的关系， 径分布。由此可见， 在测定过程中， 易凝蒸汽起着汽液相 转变开关膜孔的作用，而非凝气体起着示踪膜孔的量的 作用。
S 预热管 T 膜及渗透器 % 差压计 U 冷阱 $M 皂泡流量计
图 $&&&&&
孔径分布测定装置示意图
时， 开始脱附 ’ ! 的渗透通量降为零。逐步升高膜的温度， 测定过程， 测定达平衡后膜的温度和 ’ 利用前面的 ! 通量， 关系可以得到分离层中活性孔孔径分布。 以气体泡压法为典型的液体排除法可以对多孔材料 进行 “原 位 ” 测定， 即可以直接得到成品或半成品的贯通 性孔的孔径分布。另外气体泡压法还可以检测多孔材料 的最大孔径或缺陷尺寸，它对制造工艺的改进和渗透分 离性能的预测有着积极的指导意义。气体泡压法已被定 标准 为 *+,.!)/
M8 >8 ?5 DJ?K888888888888888888
W D V F5C> & 88888888888888888888888888 8（P） *E$/ 式中X — — 单位膜面积上大小为 5 的孔个数 F /SY ?C & 8— — — 孔曲率 $ — — — 膜的厚度F Y /8— C ? — — @=TMU4= 扩散系数 F Y W 8— SU C @ — — 膜的渗透性 F Y./SY? ・ V F 5 C8 — U・ ;7C
数， 除了需假设： 圆柱形孔， 接触角为零外； 还需假设： 湿 多孔材料的气体流量与被打开孔的面积成正比 .!)/ 。因此 湿多孔材料与 “干多孔材料” 流量比 KL; 反映为被打 开 孔 面 积的百分率： （$)） L9 6 ; A EF9 6 ; !<M"NO&&&&&&&&&&& EG9 6 ; 将 L9 6 ; 对孔径微分得到孔径分布函数 P 9 6 ; ： （$#） P 9 6 ; A J9 L9 6 ; ; &&&&&&&&&&&&&&& J6 多孔材料待测样品装入样品室前，用抽真空方法或 煮沸法充分浸润多孔材料孔洞。氮气经减压缓冲后进入 多孔材料内侧，外侧经气液分离器和气泡检测器或流量 计与大气相通。 出现第一个气泡时对应着多孔材料上的最 大孔径。不断增大气体压力， 多孔材料上的孔由大到小依 次被打开， 平衡后测定湿多孔材料的气体流量。当多孔材 料上的孔全部打开时降低压力测定干多孔材料的气体流 量， 利用9 $!; "9 $#; 式分别计算湿干多孔材料流量比 L9 6 ; 和孔径分布函数 P 9 6 ; 。 !Q )Q !& 测试仪器及设备 测试孔径的实验装置如图 ) 所示，样品室如图 # 所 示。
项目编号： S8 本文受广州市科委项目资助， !55:NRN55!N5:
Z
（#4567/8&.392 ） !"#$%&’()*%+,(#’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’-./012’&.31
增大到 1， 所有孔内都发生毛细冷凝。在相对蒸汽压由 1 逐渐减小到 : 的脱附过程中，冷凝液相首先由最大孔内 所有 蒸发脱附出来， 小孔依次被打开， 当 ;5 减小为 : 时， 的孔被打开。根据吸附 < 脱附理论，脱附过程 =>?， !>:。 @4/A6= 方程可简化为： /= B ;5 C >< ?"- ’’’’’’’’’’’’’’’’ F ?C 5 D*E 实际的孔半径与 @4/A6= 半径 8888 由于多层吸附的存在， 并不相等。对于圆柱形孔， 实际孔半径 F 5 C 与 @4/A6= F 5 @C
— — 易凝蒸汽的相对蒸汽压 BC 8 — BC 8 D8 B= LB "， B" 毛细管蒸汽压 2 BM4 8888 B= 汽液平衡蒸汽压2 BM4 — — 过程参数 88 ;8 — — — 气 N 液表面张力 K OL< 4 ! — ) — — 冷凝液相摩尔体积2 <L<F/ 4 !!PQ — — — 液 N 固接触角 2 "4 88 " — — — 即毛细管内汽 N 液曲面半径 88 C H8 — > ?/ @, ; 半径2 < 4， — — 气体常数 2 RL<F/ 9 > I8 — 4 — — 多孔介质的绝对温度2 > 88 J8 — 4 蒸汽将在小于 C H 的孔内冷凝； 8888 对于相对蒸汽压 BC ， BC
?1、 ??I 。非凝气体一般使用 & 烷G?:、 $4 或 " ?、 ?O 。
当膜的温度由 E 增大到 EJ&E 时， 打开的孔径由 5 变 相应渗透性的变化量为： 化到 5J &5 ， （5 J&5 C < \ F 5 C > ]
"
?5 5 J&! L*E/ $
"
!
9*E %\F 5 C &5< %+
! %+ %\F 5 C &588888 %+ *E M] 8 88888 当 &5 !: 时， \ F 5 C >< L/ $ ?5 % ! 9 M5
5
"
#$&#
?5 L*E/ $
利 用 F ?C 和 F 11C 式 即 可 得 实验测定 ] 与 E 的关系， 到非对称或复合膜分离层活性孔的分布函数。
蒸汽渗 透 法 通 过 测 定 不 同 相 对 蒸 汽 压 F ;5 >;:S; K C’ 对 应的非凝气体的渗透通量， 从而 得 到 @4/A6= 孔 径 ， 进一 可以 步得到孔径分布函数。改变测量过程中的自变量 ;5 ， 改变 ;K ， 也可以改变 ;:。前者恒定膜温度， 改变汽相组成， 一般都采用这种方法测定膜的孔径分布
G?1、 ??I
； 后者保持汽
!""# 年第 $ 期 （第 %# 期）
佛 山 陶 瓷
T
大到一定值时， 多孔材料上的最大孔首先被打开， 而后小 孔依次打开， 利用9 <!; 式计算孔径。同时测定反映开孔数 。当多孔材料上的所有孔被打 的湿多孔材料气体流量 EF 。 开时， 减压测定此时 “干多孔材料” 气体流量 EG 与介质为流动液体的液体排除法不同，气体泡压法 的气体流动介质在多孔材料微孔中，不仅以层流方式透 过， 还存在 HI2JC5I 流。因此为得到多孔材料孔径分布函
两侧应无明显的蒸汽压差，须控制混合气中蒸汽含量在
?1、 ??I 之间G?:、 。 PQ !1:R
?3 ?3 28 试验装置
根据前面介绍的测定原理，建立了如图 1 所示的实 验测定装置。 & 经减压、 稳压、 干燥后， 依 ? 作为非凝气体， 次进入两级蒸发器， 得到饱和的环己烷混合气。混合气流 过膜 面 ， 一部分放空， 一部分在微压差的作用下透过膜； 透过物经冷阱分离环己烷后， 用皂泡流量计测定 & ? 的渗 透通量。当膜和第二级蒸发器的温度相等， 并达吸附平衡
?5 " L*E/ $
5
"
! %+ %\F 5 C &58888888888888
><
9*E
888888888888888 9*E
（N） （1:） （11）
由于使用了混合气， 为降低膜的分离效应影响， 需尽 可能地减小膜两侧的压差，一般控制压差在 13 NNN9D;7
?:I 以内 G11、 。另外为确保膜孔内毛细冷凝的静力学平衡， 膜
’)、 #(
，能直接提供全面的孔结构信
息。 但显微法观察的视野小， 只能得到局部信息； 而透射电 子显微镜制样较困难， 孔的成像清晰度不高； 显微法是属 于破坏性试验等，这些特点使它成为其他方法的辅助手 段， 用于提供有关孔形状的信息。 蒸汽渗透法主要适用于无机超滤复合膜或非对称膜 及改性膜孔径分布的测定研究。
$&& 前
言
显微法就是采用扫描电子显微镜或透射电子显微镜 对多孔陶瓷进行直接观察的方法。 该法是研究 :55;<以上 的大孔较为有效的手段
’:5(
多孔陶瓷是一种人工合成的、 体内具有大量彼此相通 或闭合气孔的陶瓷材料’ $( ， 它具有机械强度高、 易于再生、 因而被广泛用于化工、 化学稳定性好、 耐热性好等优点 ’ !( ， 环保、 能源、 冶金、 电子等领域， 作为吸声材料， 敏感元件和 人工骨， 齿根等材料也越来越受到人们的重视
!""# 年第 $ 期 （第 %# 期）
佛 山 陶 瓷
1
!!!!!!!
罗 民 华 $8888
（$8 景德镇陶瓷学院
曾 令 可!
1$5A#5）
)))5558888 !8 华南理工大学材料学院
本文综合论述了多孔陶瓷材料微观结构表征及各种性能的测试技术， 以及相关的仪器设备。 多孔陶瓷 T 测试 T 表征
!9 !9 :& 基本原理
当易凝蒸汽与多孔介质接触，相对蒸汽压由 5 增加 到 : 的过程中，在介质的表面和孔中将依次出现单层吸 附、 多层吸附和毛细管冷凝。多层吸附层、 “= 层” 大小是相
:1( 对蒸汽压和温度的函数’ :#、 。毛细管冷凝可用 >?/@,; 方
2 孔径 6155! 4 。多孔陶瓷的形态也可以为粒状、圆柱
!
（5 C > ]
?5 9*E %\F 5 C &5888888888 " L*E/ $!+ %
5
"
8（9）
?3 ?3 ?8 实验条件选择
利用毛细管冷凝机理测定孔径分布，要求首先达到 其次， 应从测定的可靠性及方便性选择合 静力学平衡 G1NI ； 适的实验条件； 第三是利用脱附过程测定孔径分布。 易凝蒸汽要求： 液相有高的蒸发速度， 汽相有良好的 但 润湿性能， 尽可能小的球形分子。((/2 符合上述条件， 考虑到 ((/2 有一定的毒性，目前更趋向使用低毒的环己
。
随着多孔陶瓷使用范围的扩大， 所使用的材质由普通 粘 土 质 发 展 到 耐 高 温 、 耐 腐 蚀 、 耐 热 冲 击 性 的 材 质* 如 堇青石等 。由于使用目的不同， 对材料的性能 +,-、 ./!0 )、
’1(
要求各异， 需要不同的制备技术， 因此制备出的多孔陶瓷 种类也很多， 如根据孔径大小可分为三类： 微孔陶瓷 2 孔 介 孔 陶 瓷 2 !5! 3 孔 径 3155! 4 ， 宏孔陶瓷 径 3!"! 4 ，
’7(
状、 孔管状以及蜂窝状等 。以上所述各种因素导致了多
’%(
孔陶瓷的测试分析及表征技术与设备也不尽一样。 尽管多孔陶瓷制备技术已从初期的摸索逐步进入了 应用阶段， 但仍有很多问题有待解决， 其中的理化性质的 表征方法有待进一步的发展完善。 本文详细阐述了多孔陶 瓷的结构表征原理、 方法、 设备， 以及力学、 热学等性能的 测试技术及设备。
58 >8 5 DJK88888888888888888888 F LC “K ” 层厚度。实际孔径 F MC 与 @4/A6= 8888 K 为孔表面上的
半径的关系为：
8888 8888 8888 8888
F 2C 8888 因此，利用毛细冷凝机理测定 #<%/ ?" L 孔径分布时， 可用 F 2C 式计算孔径大小。
程描述 ’$A( ：
/ ;2 BC 4 D ;!@EFG " 888888888888888888 C HIJ 8888
式中：
K :4
!8& 多孔陶瓷结构表征
多孔陶瓷的性能与其孔结构参数如孔径和孔径分布、 孔密度、 孔形状、 孔长度、 孔曲率等有着直接的关系。对多 孔陶瓷孔结构的研究迫切需要准确、简洁的孔表征技术。 现对主要方法作以下介绍。
（Z ） > ? 5 9*E 8888 W @ %+ L +为非凝气体的摩尔质量F D[SY./ C 。 定义孔径分 布 函 数 \ F 5 C 为 孔 径 在 5 到 5J &5 范 围 内 单位面积上 5 孔的个数： （H） \ F 5 C > & 8888888888888888888888888888 &5 % ? — — 膜的有效渗透面积 F Y %8 — C8 非凝气体渗透性 ]8 F8 58 C ： 888 在脱附测定过程中，
19I 半径存在以下关系G1H、 ：
相组成不变， 只改变膜的温度， 因此不需气相色谱仪等分 析手段， 装置比简单。
?3 ?3 L’ 孔径分布函数的求取
根据气体扩散机理，当复合膜或非对称膜分离层孔 径足够小， 非凝气体 F & $4 或 " ?、 ?C 以 @=TMU4= 扩散方式透 过膜， 这时 & ? 的渗透性 V F 5 C 与膜孔径等结构参数的关系 如下 G?1I ：
在实际测定过程中，易凝蒸汽与非凝气体一起流过 膜面，并部分渗透过膜。在 ;5 增大的吸附过程中，小于 膜上所有 @4/A6= 半径的孔被冷凝的液相所阻塞， ;5 为 1， 的孔被阻塞； 同时， 非凝气体的渗透通量不断减小直至为 零。测定孔径分布利用脱附过程， 这时逐步降低相对蒸汽 压，孔由大到小依次打开，非凝气体的渗透通量不断增 就可得到膜的孔 大。 由非凝气体的渗透通量与 ;5 的关系， 径分布。由此可见， 在测定过程中， 易凝蒸汽起着汽液相 转变开关膜孔的作用，而非凝气体起着示踪膜孔的量的 作用。
S 预热管 T 膜及渗透器 % 差压计 U 冷阱 $M 皂泡流量计
图 $&&&&&
孔径分布测定装置示意图
时， 开始脱附 ’ ! 的渗透通量降为零。逐步升高膜的温度， 测定过程， 测定达平衡后膜的温度和 ’ 利用前面的 ! 通量， 关系可以得到分离层中活性孔孔径分布。 以气体泡压法为典型的液体排除法可以对多孔材料 进行 “原 位 ” 测定， 即可以直接得到成品或半成品的贯通 性孔的孔径分布。另外气体泡压法还可以检测多孔材料 的最大孔径或缺陷尺寸，它对制造工艺的改进和渗透分 离性能的预测有着积极的指导意义。气体泡压法已被定 标准 为 *+,.!)/
M8 >8 ?5 DJ?K888888888888888888
W D V F5C> & 88888888888888888888888888 8（P） *E$/ 式中X — — 单位膜面积上大小为 5 的孔个数 F /SY ?C & 8— — — 孔曲率 $ — — — 膜的厚度F Y /8— C ? — — @=TMU4= 扩散系数 F Y W 8— SU C @ — — 膜的渗透性 F Y./SY? ・ V F 5 C8 — U・ ;7C