Ein Schaum ist eine Substanz, die durch das Abfangen von Taschen von Benzin in einem flüssigen oder festem gebildet wird. Ein Badeschwamm und der Kopf auf einem Glas von Bier sind Beispiele von Schaum. Im grössten Teil von Schaum ist das Volumen von Benzin, mit dünnen Filmen des flüssigen oder festen Trennens der Gebiete von Benzin groß.

Eine wichtige Abteilung von festem Schaum ist in Schaum der geschlossenen Zelle und Schaum der offenen Zelle. In einem Schaum der geschlossenen Zelle bildet das Benzin getrennte Taschen, jeder, der völlig durch das feste Material umgeben ist. In einem Schaum der offenen Zelle stehen die Gastaschen mit einander in Verbindung. Ein Badeschwamm ist ein Beispiel eines Schaums der offenen Zelle: Wasser kann durch die komplette Struktur leicht fließen, die Luft versetzend. Eine Campingmatte ist ein Beispiel eines Schaums der geschlossenen Zelle: Die Gastaschen werden von einander gesiegelt, und so kann die Matte nicht Wasser aufsaugen.

Schaum ist Beispiele von verstreuten Medien. Im Allgemeinen ist Benzin im großen Betrag da, so wird es in Gasluftblasen vieler verschiedener Größen geteilt (das Material ist polyzerstreuen sich) getrennt durch flüssige Gebiete, die Filme, dünner und dünner bilden können, wenn die flüssige Phase aus den Systemfilmen dräniert wird. Wenn die Hauptskala, d. h. für einen sehr feinen Schaum klein ist, kann dieses verstreute Medium als ein Typ des Kolloids betrachtet werden.

Der Begriff Schaum kann sich auch auf irgendetwas beziehen, was solch einem Schaum, wie Quant-Schaum, Polyurethan-Schaum (Schaumgummi), XPS Schaum, Polystyrol, phenolic, oder vieler anderer verfertigter Schaum analog ist. Das ist nicht der Zweck dieser Seite.

Struktur von Schaum

Ein Schaum ist in vielen Fällen ein Mehrskala-System.

Eine Skala ist die Luftblase ein: Wahrer Schaum ist normalerweise unordentlich und hat eine Vielfalt von Luftblase-Größen. An größeren Größen wird die Studie von idealisiertem Schaum mit den mathematischen Problemen von minimalen Oberflächen und dreidimensionalem tessellations, auch genannt Honigwaben nah verbunden. Wie man glaubt, ist die Struktur von Weaire-Phelan die bestmögliche (optimale) Einheitszelle von vollkommen bestelltem Schaum, während die Gesetze des Plateaus beschreiben, wie Seife-Filme Strukturen in Schaum bilden.

An der niedrigeren Skala als die Luftblase ein, ist die Dicke des Films für trockenen genug Schaum, der als ein Netz von miteinander verbundenen Filmen genannt Blättchen betrachtet werden kann. Ideal werden die Blättchen durch drei verbunden und strahlen 120 ° äußere von den Verbindungspunkten aus, die als Plateau-Grenzen bekannt sind.

Eine noch niedrigere Skala ist diejenige der Schnittstelle der flüssigen Luft an der Oberfläche des Films. Den größten Teil der Zeit wird diese Schnittstelle durch eine Schicht der amphiphilic Struktur stabilisiert, die häufig aus surfactants, Partikeln (Pyckering) oder kompliziertere Vereinigungen gemacht ist.

Schäumen und Schaum-Stabilität

Mehrere Bedingungen sind erforderlich, um Schaum zu erzeugen: Es muss mechanische Arbeit geben, aktive Bestandteile (surfactants) erscheinen, die die Oberflächenspannung und die Bildung von Schaum schneller reduzieren als seine Depression.

Um Schaum zu schaffen, ist Arbeit (W) erforderlich, um die Fläche (ΔA) zu vergrößern:

wo γ die Oberflächenspannung ist.

Die Stabilisierung von Schaum wird durch Kräfte von van der Waals zwischen den Molekülen im Schaum verursacht, elektrische doppelte Schichten, die durch zweipoligen surfactants und die Wirkung von Marangoni geschaffen sind, die als eine Wiederherstellung handelt, zwingen zu den Blättchen.

Mehrere destabilisierende Effekten können Schaum brechen. (i) Schwerkraft verursacht Drainage von Flüssigkeit zur Schaum-Basis, (ii) osmotischer Druck verursacht Drainage von den Blättchen bis die Plateau-Grenzen wegen innerer Konzentrationsunterschiede im Schaum, während (iii) Druck von Laplace Verbreitung von Benzin vom kleinen bis große Luftblasen wegen des Druck-Unterschieds verursacht. Filme können unter dem Trennen des Drucks brechen, Diese Effekten können zu Neuordnung der Schaum-Struktur an Skalen führen, die größer sind als die Luftblasen, die (T1 Prozess) individuell oder (sogar des "Lawine"-Typs) gesammelt sein können.

Experimente und Charakterisierungen

Ein Mehrskala-System seiend, das viele Phänomene und ein vielseitiges Medium einschließt, kann Schaum mit vielen verschiedenen Techniken studiert werden. Wenn sie die verschiedenen Skalen denken, sind experimentelle Techniken diffracion, hauptsächlich leichte sich zerstreuende Techniken (DWS, sieh unten, das statische und dynamische leichte Zerstreuen, die X Strahlen und das Neutronzerstreuen) an Submicronic-Skalen oder mikroskopischen. Das System als dauernd denkend, kann sein Hauptteil' Eigenschaften-Eigenschaften durch den leichten Durchlässigkeitsgrad sondern auch conductimetry charakterisiert werden. Die Korrelation zwischen Struktur und Hauptteil wird genauer durch die Akustik gezeigt insbesondere. Die Organisation zwischen Luftblasen ist numerisch mit folgenden Versuchen der Evolution der minimalen Oberflächenenergie irgendein aufs Geratewohl studiert worden (Pott (s Modell) oder deterministischer Weg (Oberfläche evolver). Die Evolution mit der Zeit, d. h. die Dynamik, kann mit diesen Modellen vorgetäuscht werden, sondern auch das Luftblase-Modell (Durian), der die Bewegung von individuellen Luftblasen denkt.

Unter möglichen Beispielen, lassen Sie uns niedrige Skala-Beobachtungen der getanen Struktur mit dem Reflexionsvermögen durch die Filme zwischen Luftblasen von der Radiation zitieren: ponctual das Verwenden des Lasers oder der X Strahl-Balken oder des globaleren Verwenden-Neutronzerstreuens.

Ein typisches Licht-Zerstreuen (oder Verbreitung) optische Technik ist das vielfache leichte mit der vertikalen Abtastung verbundene Zerstreuen ist die am weitesten verwendete Technik, um den Streuungsstaat eines Produktes zu kontrollieren, folglich sich identifizierend und destabilisation Phänomene messend. Es arbeitet an irgendwelchen konzentrierten Streuungen ohne Verdünnung einschließlich Schaums. Wenn Licht durch die Probe gesandt wird, ist es backscattered durch die Luftblasen. Die backscattering Intensität ist zur Größe und dem Volumen-Bruchteil der verstreuten Phase direkt proportional. Deshalb werden lokale Änderungen in der Konzentration (Drainage, syneresis) und globale Änderungen in der Größe (das Reifen, die Fusion) entdeckt und kontrolliert.

Anwendungen

Flüssiger Schaum

Flüssiger Schaum kann in Feuerverzögerungsmittel-Schaum, wie diejenigen verwendet werden, die im Auslöschen von Feuern, besonders Ölfeuern verwendet werden.

In mancher Hinsicht ist gesäuertes Brot ein Schaum, weil die Hefe das Brot veranlasst, sich durch das Produzieren winziger Luftblasen von Benzin im Geld zu erheben. Ideal ist das Geld ein Schaum der geschlossenen Zelle, in dem die Gastaschen mit einander nicht in Verbindung stehen. Ausschnitt des Geldes veröffentlicht das Benzin in den Luftblasen, die geschnitten werden, aber das Benzin im Rest des Geldes kann nicht flüchten. Jedoch, Wenn dem Geld erlaubt wird, sich zu weit zu erheben, wird es ein Schaum der offenen Zelle, in dem die Gastaschen verbunden werden. Jetzt, wenn Geld geschnitten wird oder die sonst gebrochene Oberfläche, kann ein großes Volumen von Benzin, und die Geld-Zusammenbrüche flüchten. Die offene Struktur eines übererhobenen Geldes ist leicht zu beobachten: Anstatt aus getrennten Gasluftblasen zu bestehen, besteht das Geld aus einem mit Fäden des Teigs des Mehls/Wassers gefüllten Gasraum.

Das einzigartige Eigentum von gasflüssigem Schaum, der sehr hoch spezifische Fläche hat, wird in den chemischen Prozessen des Schaum-Schwimmens und Schaums fractionation ausgenutzt.

Fester Schaum

Fester Schaum bildet eine wichtige Klasse von Leichtgewichtszelltechnikmaterialien. Dieser Schaum kann in zwei auf ihrer Porenstruktur gestützte Typen eingeteilt werden: Offene Zelle hat Schaum (auch bekannt als reticulated Schaum) und Schaum der geschlossenen Zelle strukturiert.

Strukturierter Schaum der offenen Zelle enthält Poren, die mit einander verbunden werden und ein miteinander verbundenes Netz bilden, das relativ weich ist. Schaum der offenen Zelle wird sich damit füllen, womit sie umgeben werden. Wenn gefüllt, mit Luft ist ein relativ guter Isolator das Ergebnis, aber, wenn sich die offenen Zellen mit Wasser füllen, würden Isolierungseigenschaften reduziert. Schaumgummi ist ein Typ von Schaum der offenen Zelle.

Schaum der geschlossenen Zelle hat miteinander verbundene Poren nicht. Der Schaum der geschlossenen Zelle hat normalerweise höhere Druckkraft wegen ihrer Strukturen. Jedoch ist Schaum der geschlossenen Zelle auch im Allgemeinen dichter, verlangt mehr Material, und ist demzufolge teurer, um zu erzeugen. Die geschlossenen Zellen können mit einem Spezialbenzin gefüllt werden, um verbesserte Isolierung zur Verfügung zu stellen. Der Struktur-Schaum der geschlossenen Zelle hat höhere dimensionale Stabilität, niedrige Feuchtigkeitsabsorptionskoeffizienten, und die höhere Kraft im Vergleich zur offenen Zelle hat Schaum strukturiert. Alle Typen von Schaum werden als Kernmaterial in mit dem belegtem Butterbrot strukturierten zerlegbaren Materialien weit verwendet.

Vom Anfang des 20. Jahrhunderts sind verschiedene Typen besonders verfertigten festen Schaums in Gebrauch eingetreten. Die niedrige Dichte dieses Schaums hat sie ausgezeichnet als Thermalisolatoren und Schwimmen-Geräte gemacht, und ihre Leichtigkeit und Verdichtbarkeit haben sie ideal als sich verpacken lassende Materialien und stuffings gemacht. Eine moderne Anwendung der Schaum-Technologie ist aerogel, der ein Schaum der geschlossenen Zelle mit sehr guten insulatory Eigenschaften ist, der auch sehr leicht ist. Es basiert gewöhnlich auf Tonerde, chromia, und Zinnoxyd, mit Kohlenstoff aerogels zuerst entwickelt gegen Ende der 1980er Jahre.

Syntaktischer Schaum

Eine spezielle Klasse von Schaum der geschlossenen Zelle ist als syntaktischer Schaum bekannt, der hohle in einem Matrixmaterial eingebettete Partikeln enthält. Die Bereiche können von mehreren Materialien, einschließlich des Glas-, keramischen, und Polymer gemacht werden. Der Vorteil von syntaktischem Schaum besteht darin, dass sie ein sehr hohes Verhältnis der Kraft zum Gewicht haben, sie ideale Materialien für viele Anwendungen einschließlich Tiefsee- und Raumanwendungen machend. Ein besonderer syntaktischer Schaum verwendet Gestalt-Speicherpolymer als seine Matrix, dem Schaum ermöglichend, die Eigenschaften von Gestalt-Speicherharzen und zerlegbaren Materialien zu übernehmen; d. h. es ist in der Lage, wiederholt wenn geheizt, über einer bestimmten Temperatur neu geformt zu werden, und ist kühl geworden. Gestalt-Speicherschaum hat viele mögliche Anwendungen, wie dynamische Strukturunterstützung, flexibler Schaum-Kern, und erweiterbarer Schaum füllt sich.

Integrierter Hautschaum

Integrierter Hautschaum, auch bekannt als Selbsthautschaum, sind ein Typ von Schaum mit einer dichten Haut und einem Kern der niedrigen Dichte. Sie können in einem Prozess der offenen Form oder einem Prozess der geschlossenen Form gebildet werden. Im Prozess der offenen Form werden zwei reaktive Bestandteile gemischt und in eine offene Form gegossen. Die Form wird dann geschlossen, und der Mischung wird erlaubt, auszubreiten und zu heilen. Beispiele von Sachen erzeugt, diesen Prozess verwendend, schließen Arm-Reste, Baby-Sitze, Schuh soles und Matratzen ein. Der Prozess der geschlossenen Form, der allgemeiner als Reaktionsspritzenzierleiste (RIM) bekannt ist, spritzt die Mischbestandteile in eine geschlossene Form unter dem Hochdruck ein.

Defoaming

Schaum, in diesem Fall "sprudelnde Flüssigkeit" bedeutend, wird auch als ein häufig unerwünschtes Nebenprodukt in der Fertigung von verschiedenen Substanzen erzeugt. Zum Beispiel ist Schaum ein ernstes Problem in der chemischen Industrie besonders für biochemische Prozesse. Viele biologische Substanzen, zum Beispiel Proteine, schaffen leicht Schaum auf der Aufregung und/oder Lüftung. Schaum ist ein Problem, weil er den flüssigen Fluss verändert und Sauerstoff-Übertragung von Luft (dadurch das Verhindern mikrobischer Atmung in aerobic Gärungsprozessen) blockiert. Deshalb werden antischaumige Agenten, wie Silikon-Öle, hinzugefügt, um diese Probleme zu verhindern. Chemische Methoden der Schaum-Kontrolle werden in Bezug auf die Probleme nicht immer gewünscht (d. h., Verunreinigung, die Verminderung der Massenübertragung) sie können besonders im Essen und den pharmazeutischen Industrien verursachen, wo die Produktqualität von großer Bedeutung ist. Um Schaum-Bildung in solchen Fällen zu verhindern, sind mechanische Methoden über chemische größtenteils dominierend.

Geschwindigkeit des Tons

Das akustische Eigentum der Geschwindigkeit des Tons durch einen Schaum ist von Interesse, wenn es Misserfolge von hydraulischen Bestandteilen analysiert. Die Analyse ist mit dem Rechnen hydraulischer Gesamtzyklen verbunden, um Misserfolg zu ermüden. Die Geschwindigkeit des Tons in einem Schaum wird durch die mechanischen Eigenschaften des Benzins (das Schaffen vom Schaum, dem Sauerstoff, dem Stickstoff und den Kombinationen) bestimmt.

Eine Annahme, dass die Geschwindigkeit des auf den flüssigen Eigenschaften der Flüssigkeit gestützten Tons zu Fehlern im Rechnen von Erschöpfungszyklen zum Misserfolg von mechanischen hydraulischen Bestandteilen führen wird. Das Verwenden akustischer Wandler und verwandter Instrumentierung, die niedrige Grenzen festlegen (0 - 50,000 Hz mit der Rolle - von) wird auf Fehler hinauslaufen. Die niedrige Rolle - von während des Maßes der wirklichen Frequenz von akustischen Zyklen läuft auf Verkalkulation wegen wirklicher hydraulischer Zyklen in den möglichen Reihen von 1-1000 MHz oder höher hinaus. Instrumentierungssysteme sind am enthüllendsten, wenn Zyklus-Bandbreite die wirklichen gemessenen Zyklen durch einen Faktor 10 bis 100 überschreitet. Verbundene Instrumentierungskosten nehmen auch durch Faktoren 10 bis 100 zu.

Am meisten bewegender hydromechanischer Teilzyklus an 0-50 Hz, aber verladene Gasluftblasen, die auf eine schäumende Bedingung der verbundenen hydraulischen Flüssigkeit hinauslaufen, läuft auf wirkliche hydraulische Zyklen hinaus, die um 1000 MHz zu weit gehen können, selbst wenn die bewegenden mechanischen Bestandteile an der höheren Zyklus-Frequenz nicht Rad fahren.

Galerie

Image:Plankton schafft Seeschaum 2.jpg|Close Seeschaums auf einem Gezeiten Lache

Image:Aluminium Aluminium des Schaums jpg|Foamed

Image:FoamedPlastic.jpg|Foamed Plastik, vergrößerter

Image:Silikonschaum_riesenblase_verfuellungsversuch.jpg|Silicone Schaum-Durchdringen-Siegel

Image:Diet Coke Mentos.jpg|Diet Coke und Schaum-Geysir von Mentos

Schaum-Skalen und Eigenschaften

Siehe auch

• Ballistischer Schaum
• Zerlegbares Material
• Metallschaum
• Nanofoam
• Ozeanschaum
• Schaum von Reticulated
• Quant-Schaum

Links

• Dreidimensionale Modelle für Monodispers-Schaum: Zellanhäufungen und Seife-Filme (verlangen Java)
• Wässrige Schaum-Technologie
• Die fremde Physik von Schaum