Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Dobór środków chemicznych do cieczy roboczych hydrofobizujących przestrzeń porową skał zbiornikowych

Błaż Sławomir, Zima Grzegorz, Jasiński Bartłomiej

Nafta-Gaz

|

2025

|

R. 81, nr 9

563--574

PL

Podstawowym zadaniem cieczy roboczej zatłoczonej do odwiertu jest zrównoważenie ciśnienia złożowego celem przeprowadzenia wymaganego zakresu prac rekonstrukcyjnych. Dobór składu i właściwości technologicznych danej cieczy ustalany jest na podstawie aktualnie występujących w danym odwiercie warunków geologiczno-złożowych z uwzględnieniem podstawowych czynników, takich jak: gradient ciśnienia złożowego, skład mineralogiczny skał zbiornikowych i ich spoiwa oraz skład chemiczny wód złożowych. Jednym z kluczowych wyzwań podczas przeprowadzania prac rekonstrukcyjnych jest utrzymanie lub zwiększenie dotychczasowego wydobycia węglowodorów ze skał zbiornikowych oraz zachowanie ich należytego stanu technicznego. Bardzo często podczas przeprowadzania prac rekonstrukcyjnych dochodzi do spadku wydobycia gazu ziemnego z eksploatowanych złóż. Jednym z powodów tego spadku jest wysokie napięcie międzyfazowe występujące pomiędzy gazem a wodą złożową, które generuje siły kapilarne, prowadzące do uwięzienia węglowodorów w porach skały zbiornikowej i szybkiego zawodnienia złoża. W artykule przedstawiono wyniki badań laboratoryjnych nad doborem środków hydrofobizujących do cieczy roboczych stosowanych do rekonstrukcji odwiertów gazowych. Prace te koncentrowały się na identyfikacji i doborze chemicznych środków hydrofobizujących, które zmniejszają zwilżalność skał wodą, ograniczają retencję wody w przestrzeniach porowych oraz poprawiają mobilność gazu, co sprzyja zwiększeniu wydobycia gazu ze skał zbiornikowych. Badania te miały również na celu określenie wpływu różnych składników cieczy roboczych na efektywność hydrofobizacji oraz ocenę ich użycia w rzeczywistych warunkach złożowych. Zastosowanie środków hydrofobizujących w składach cieczy roboczych powinno przyczynić się do ograniczenia dopływu wody złożowej i zminimalizować uszkodzenie strefy przyodwiertowej.

EN

The primary task of the workover fluid injected into a borehole is to balance the reservoir pressure to facilitate the required scope of workover operations. The composition and technological properties of the fluid are determined based on the geological and reservoir conditions of the borehole. Key factors include: the reservoir pressure gradient, the mineral composition of the reservoir rocks and their cementing material. The chemical composition of the formation waters is also considered. One of the key challenges during workover operations is maintaining or increasing the current hydrocarbon production from reservoir rocks while preserving their proper technical condition. Frequently, during workover operations, there is a decline in natural gas production from exploited reservoirs. High interfacial tension between gas and formation water is a key factor contributing to decline in gas production, as it generates capillary forces that trap hydrocarbons in the pore spaces and lead to rapid water flooding of the reservoir. This article presents results of laboratory research on the selection of hydrophobizing agents for working fluids used in the workover of gas wells. The research focused on identifying chemical hydrophobizing agents that reduce the water wettability of rocks, limit water retention in pore spaces, and improve gas mobility, thereby improving gas recovery. The studies also aimed to determine the effects of various workover fluid components on hydrophobization efficiency and assess their application under real reservoir conditions. The use of hydrophobizing solutions in working fluid compositions should help reduce the influx of formation water and minimize damage to the near-wellbore zone.

2

Investigation of the physical properties of fluids for removing industrial contaminants

Siłuch Dariusz, Kobus Zbigniew, Krawczuk Anna, Kocira Sławomir, Krzywicka Monika, Kliza Rafał

Agricultural Engineering

|

2025

|

Vol. 29, No. 1

249--261

EN

The aim of this study was to investigate the influence of concentration and temperature on the physical properties of selected industrial cleaning fluids, focusing on parameters relevant to the cleaning process, such as viscosity, shear stress, density, activation energy, and wettability. Four cleaning agents from the company Noyen were examined, including both concentrated products and their 10% aqueous solutions. The rheological properties of the fluids were evaluated using a rotational viscometer; density was measured with a pycnometer; surface tension and wettability were assessed using a goniometer; and activation energy was determined based on the Arrhenius equation. The results of the viscosity and shear stress tests indicated that all tested fluids exhibited Newtonian behaviour in both concentrated and diluted forms. Surface tension and wettability analysis showed good wetting properties for all tested fluids (contact angle <55°), although significant differences in wettability were observed depending on the type of surface and the specific fluid used.

PL

Celem badania było określenie wpływu stężenia i temperatury na właściwości fizyczne wybranych przemysłowych cieczy czyszczących, a zwłaszcza parametrów istotnych dla procesu czyszczenia: lepkości, naprężenia ścinającego, gęstości, energii aktywacji oraz zwilżalności. Zbadano cztery środki czyszczące firmy Noyen - zarówno produkty skoncentrowane, jak i ich 10% roztwory wodne. Właściwości reologiczne cieczy oceniono za pomocą wiskozymetru rotacyjnego; gęstość mierzono piknometrem; napięcie powierzchniowe i zwilżalność określono przy użyciu goniometru; energię aktywacji wyznaczono na podstawie równania Arrheniusa. Wyniki badań lepkości i naprężenia ścinającego wykazały, że wszystkie testowane ciecze przejawiają zachowanie cieczy newtonowskiej zarówno w formie skoncentrowanej, jak i rozcieńczonej. Analiza napięcia powierzchniowego i zwilżalności potwierdziła dobre właściwości zwilżające wszystkich badanych cieczy (kąt zwilżania < 55°), choć zaobserwowano istotne różnice w zwilżalności w zależności od rodzaju powierzchni i zastosowanej cieczy.

3

Zjawiska międzyfazowe : 80 lat badań. Część 2, Makroskopowe i mikroskopowe właściwości granic faz

Hołysz Lucyna, Zdziennicka Anna, Wiącek Agnieszka Ewa, Jurak Małgorzata, Chibowski Emil, Jańczuk Bronisław

Wiadomości Chemiczne

|

2024

|

[Z] 78, 9-10

1223--1262

EN

The paper describes the course of research on surface and interfacial phenomena as well as the obtained results, which were initiated by Professor Andrzej Waksmundzki in 1945 in the Department of Physical Chemistry and Electrochemistry organized by him at Maria Curie-Skłodowska University. It has been developed over the years and is still being developed today. The Research Group of Interfacial Phenomena and Flotation was established in the Department, which was at that time headed by doc. Jerzy Szczypa. Then, in 1997 the Department of Interfacial Phenomena was established and currently, because of the reorganization of UMCS it functions as the Department of Interfacial Phenomena at the Institute of Chemical Sciences. Initially, the Group Research was focused on the problems of mineral enrichment using the flotation and foam separation methods. This also involved the research on the wettability of various solids, their surface free energy and methods of its determination, both theoretically and experimentally by measuring contact angles. The research on the electric a double layer and electrokinetic phenomena was also carried out. There were applied also gas chromatography and adsorption methods, as well as modern equipment for examining surface properties of solids and liquids. Over the years, the scope of research on these phenomena has expanded to include superhydrophobic surfaces, the use of plasma for solid surface modification, investigations on layers of biologically active substances on various substrates, and biopolymer films in terms of their biocompatibility and use in pharmacy and medicine. The stability of dispersed systems and emulsions, as well as the influence of external fields (electric and magnetic) on the stability of dispersed systems in terms of the scale deposition were studied. In parallel, extensive research was carried out on the adsorption, aggregation and wetting properties of different surfactants, sugar surfactants, biosurfactants, their multi-component mixtures and those with organic additives such as short-chain alcohols, which being developed. The details of the research and its published results can be found in the extensive bibliography attached to the paper.

4

Interpretacja współczynnika nasycenia wodą w skałach klastycznych typu non-Archie

Lis-Śledziona Anita

Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu

|

2024

|

nr 242

1--215

PL

W monografii przedstawiono nowe metody interpretacji współczynnika nasycenia wodą w skałach klastycznych non-Archie. Zagadnienie zostało omówione dla trzech wybranych rejonów, w których analizowano możliwości zastosowania opracowanej metodyki. Zrobiono tak, ponieważ pojęcie skał non-Archie obejmuje swoim zakresem bardzo różnorodne formacje skalne, w których nie ma możliwości zastosowania jednego uniwersalnego podejścia interpretacyjnego. Obszary wybrane do analizy obejmują udokumentowane rejony występowania akumulacji ropnych i gazowych, które w ostatnich latach były przedmiotem zainteresowania polskich firm naftowych. W związku z tym, że analizowany współczynnik nasycenia wodą Sw jest końcowym produktem interpretacji profilowań geofizyki wiertniczej w odwiertach, konieczne było także obliczenie zailenia, porowatości efektywnej i nasycenia wodą nieredukowalną. Praca składa się z części teoretycznej oraz praktycznej. W pierwszej opisane zostały między innymi modele dotychczas wykorzystywane w interpretacji współczynnika Sw oraz parametry ściśle z nim związane: zwilżalność, ciśnienia kapilarne, zawartość wody nieredukowalnej. Natomiast część praktyczna składa się z trzech rozdziałów prezentujących modele i możliwości obliczania współczynnika nasycenia wodą w różnego rodzaju skałach klastycznych: • heterogenicznych piaskowcach kambru środkowego o znacznie zredukowanych wartościach parametrów zbiornikowych: porowatości efektywnej i przepuszczalności; • dolnopaleozoicznych formacjach łupkowych; • mułowcach i zailonych piaskowcach tworzących wielohoryzontowe złoża gazu w osadach sarmatu i badenu górnego. Każda z tych formacji wymaga odrębnego podejścia interpretacyjnego. Wszystkie prezentowane w części praktycznej modele zostały przetestowane na danych pochodzących z odwiertów zlokalizowanych w obrębie opisywanych złóż. Zaproponowane metody bazują głównie na dostępnych profilowaniach geofizyki wiertniczej wykonanych w odwiertach oraz na wynikach badań laboratoryjnych przeprowadzonych na rdzeniach. W heterogenicznym złożu ropno-gazowym piaskowców kambru środkowego, o zredukowanych wartościach parametrów zbiornikowych, w obliczeniach Sw wykorzystano estymowaną w sposób ciągły krzywą zwilżalności. Zwilżalność została wyrażona poprzez wartości współczynnika ciągłości przepływu skorelowanego z wartościami zwilżalności pomierzonej laboratoryjnie na rdzeniach. Analizy wykazały, że w złożu obserwujemy różne systemy zwilżalności w zależności od wykształcenia litologicznego i wartości parametrów zbiornikowych: od systemu wodozwilżalnego w facji o podwyższonym zaileniu, poprzez system neutralny w piaskowcach o znacznie zredukowanych parametrach zbiornikowych (tight), aż po system neutralno-ropozwilżalny w interwałach o względnie wysokich porowatościach i przepuszczalnościach. Formacje łupkowe stanowią skały, w których skała macierzysta jest jednocześnie skałą zbiornikową. Obecny w skale kerogen, podobnie jak gaz, wpływa na wzrost wartości rejestrowanych oporności. Ponadto w skale oprócz gazu wolnego występuje także gaz zaadsorbowany. Złoża gazu łupkowego wymagają nie tylko innej procedury interpretacyjnej, ale także kosztownych technik stymulacyjnych, takich jak szczelinowanie hydrauliczne oraz odwiercenia dużej liczby odwiertów kierunkowych. W nasyconych gazem mioceńskich osadach, wykształconych w formie mułowców i zailonych piaskowców charakteryzujących się wyższą zawartością minerałów ilastych (40–45%), pomocne w detekcji stref nasyconych węglowodorami okazały się profilowania standardowo wykorzystywane w obliczeniach porowatości: NPHI, RHOB, DT. Obecność węglowodorów, zwłaszcza gazu, zapisuje się na tych krzywych, czyniąc je dodatkowym, cennym źródłem informacji, które wykorzystano jako dane wejściowe do obliczeń Sw w zmodyfikowanym równaniu Passeya. Niewątpliwą zaletą przedstawionego podejścia interpretacyjnego jest dostępność danych wejściowych, nawet w odwiertach archiwalnych z lat 80. i 90., co pozwala na zastosowanie przedstawionej metodyki niemalże w każdym odwiercie, bez konieczności wykonywania kosztownych badań laboratoryjnych czy dostępności zaawansowanych profilowań geofizyki wiertniczej. Fakt ten ma niebagatelne znaczenie w kontekście modelowania złoża oraz analiz zasobowych, gdzie istotne jest wykonanie interpretacji litologiczno-złożowej w jak największej liczbie odwiertów.

EN

The monograph presents new techniques of water saturation calculation in non-Archie clastic rocks. The issue was discussed in three different areas where new proposed methods of water saturation calculation were tested. This was done because the term non-Archie rocks encompasses a wide variety of rocks in which is not possible to use one interpretation approach. Areas selected for the analysis cover documented oil and gas accumulations which have been the subject of interest of Polish oil and gas companies in the recent years. Due to the fact that water saturation coefficient is the final product of the borehole interpretation, it was also necessary to calculate other parameters that were used as inputs in Sw calculation. Those parameters include: clay volume, effective porosity and irreducible water saturation. The work consists of a theoretical and practical part. The first one describes models used in the interpretation of the Sw coefficient and the parameters closely related to the values of the water saturation: wettability, capillary pressure, irreducible water content. While the practical part consists of four chapters presenting the models and the possibilities of calculating the water saturation coefficient in various types of clastic rocks: • heterogeneous Middle Cambrian sandstones with significantly reduced values of the reservoir parameters: effective porosity and permeability • Lower Paleozoic shale plays • gas saturated multihorizons developed in a form of mudstones and shaly-sands in the Sarmatian and Upper Badenian sediments. Different types of clastic rocks require a separate interpretation approach. All the models presented in the practical part were applied and tested on the well log data from the selected areas. The proposed methods used mostly the basic well log data and the results of laboratory measurements carried out on the core samples. The analyses performed in oil and gas bearing heterogeneous Middle Cambrian sandstones with significantly reduced values of reservoir parameters (porosity and permeability) allowed to calculate the continuous curve of wettability through the reservoir interval. The wettability was expressed through the values of water connectivity index correlated with the values of the wettability measured on the core samples. The analyses showed that we can observe different wettability systems within the reservoir, depending on the lithology and the reservoir parameters - from the water-wet system in the claystones and mudstones, through the neutral-water wet system in tight sandstones, to the neutral to slightly oil wet system in intervals with relatively high porosity and permeability. Shale formations are rocks in which the source rock is simultaneously the reservoir rock. Kerogen present in the rock, similar to gas, influences the increase in recorded resistivity values. Additionally, besides free gas, adsorbed gas also occurs in the rock. Shale gas reservoirs require not only a different interpretive procedure but also costly stimulation techniques such as hydraulic fracturing and drilling a large number of directional wells. In gas saturated Miocene deposits, developed as shaly-sands and mudstones with higher content of clay minerals (40-45%), porosity logs: NPHI, RHOB, DT were additionally used in the detection of gas saturated intervals. The presence of hydrocarbons, especially gas, has an impact on the recorded values on these well logs and cause that they were considered as an additional valuable source of information that was used as input data in the modified Passey equation. An obvious advantage of the presented approach is the availability of input data, even in archival boreholes drilled in the 1980s and 1990s, which allows use of the presented methodology in almost every well, without the need for expensive laboratory measurements or the availability of advanced new technique of well logging. This fact is of a great importance in the context of reservoir modeling and reserves analysis, where it is important to perform a well log interpretation in a large number of boreholes.

5

Selected physiochemical properties of dimetacrylate resin blend modified with liquid rubber

Sowa Monika, Pałka Krzysztof

Composites Theory and Practice

|

2024

|

R. 24, nr 3

165--170

EN

In the oral cavity environment, light-cured dental composites are susceptible to water sorption. This process can have a detrimental effect on the polymer network over a longer period, thereby causing deterioration of the material properties. This study aims to evaluate the impact of modifying a dimethacrylate resin mixture with liquid rubber on water sorption and the water contact angle. The resin mixture contained BisGMA (20 wt.%), BisEMA (30 wt.%), UDMA (30 wt.%) and TEGDMA (20 wt.%). Liquid rubber Hypro 2000X168LC VTB was used as a modifier in quantities of 5 %, 10 %, 15 %, and 20 % by weight relative to the resin. Water sorption studies were conducted following the ISO 4049 standard, and water contact angle tests were carried out as well. The percentage change in the water sorption weight after 7 days was approximately 1.6 % for the sample containing 5 wt.% liquid rubber, while for the sample with the 20 wt.% liquid rubber content, this value was approximately 1.9 %. The addition of 5 wt.% liquid rubber caused the contact angle value to increase by 16.34 % after 30 days compared to the first day. In the case of the other samples, such significant differences were not observed. Microscopy was employed to assess the miscibility and morphology of the liquid rubber domains. The study results show that modification with liquid rubber significantly limits water sorption and contributes to increasing the hydrophobicity of the surface, which is significant from a clinical standpoint. In the range of rubber concentrations studied, its solubility in the resin was not found, and for the 5 wt.% content, the most uniform distribution of domains was observed. With a larger share of liquid rubber, an increment in the number of domains and their sizes was noted, both before and after polymerization.

6

Effect of atmosphere on the high-temperature interaction of molten Mg-10Ca alloy with steel substrates

Terlicka S., Janus K., Sobczak N., Sobczak J. J.

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2024

|

Vol. 24, no. 3

art. no. e160, 2024

EN

Experimental studies of the high-temperature interaction of a molten Mg-10Ca alloy (10 wt% Ca) with steel substrates were performed, for the first time, using the sessile drop method combined with non-contact heating and capillary purification procedure. The investigations were carried out under isothermal conditions at a temperature of 700 °C in two different flowing gas atmospheres: (i) a pure Ar and (ii) a mixture of Ar + 5 wt% H2. The high-resolution side-view images of Mg-10Ca/steel couples collected during the experiments were used to determine the contact angle values (θ) formed between the alloy drop and steel substrates. In both atmospheres, under the experimental conditions used, liquid Mg-10Ca alloy exhibited non-wetting behavior on steel substrates: after 180 s of dropping alloy from a graphite capillary, the average contact angle value in the Ar atmosphere was θav = 120°, which was slightly higher than that for the test performed in the Ar + 5 wt% H2 atmosphere, where θav = 114°. The microstructure of the solidified couples was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) combined with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS). The SEM/EDS analysis revealed interfacial discontinuities throughout the cross-sectioned couples and a lack of permanent bonding between the alloy drop and substrates. Moreover, neither new phases nor mass transfer through the drop/substrate interface were noted. The non-wetting and weak bonding between the alloy drops and the steel substrates is consistent with the Mg–Fe and Ca–Fe phase diagrams, i.e., the non-reactive nature of the Mg-10Ca/steel couples, since at the testing temperature, Fe does not form any compounds with both Mg and Ca, and it does not dissolve in liquid Mg.

7

Analysis of the effect of assembly joints technology on the strength of adhesive joints of poly(methyl methacrylate) (pmma) used in advertising elements

Rudawska Anna, Penkała Piotr, Miszczuk Bartosz, Stančeková Dana

Technologia i Automatyzacja Montażu

|

2023

|

nr 2

3--10

EN

The aim of the article was to present issues related to the influence of the assembly joints technology (the type of adhesive material and the adhesive application) on the strength of the adhesive joints of poly(methyl methacrylate) (PMMA) used in the production of advertising elements. Angular adhesive joints, which are one of the types of joints made in the construction of advertising elements, were used in the study. The bonded material was poly(methyl methacrylate) (PMMA) of 8 mm thick. Two types of adhesives were used to make the adhesive joints: one-component solvent-based adhesives and methylene chloride as a solvent. Experimental tests determined the wettability of the surface of the adherends (with and without a protective coating) and the work of adhesion based on the measurement of the contact angle, as well as the strength of adhesive joints in accordance with the ISO 4578 standard. Based on the results of strength tests, it can be seen that the use of a solvent allows for obtaining equally strong joints as with the use of solvent-based adhesives. The purposefulness of using coatings protecting not only against dirt or mechanical damage in the form of scratches was also confirmed, but also the possibility of increasing (security) adhesive properties, defined in this case by wettability.

PL

Celem artykułu było przedstawienie zagadnień związanych z wpływem technologii połączeń montażowych (rodzaju materiału klejącego i sposobu aplikacji kleju) na wytrzymałość połączeń klejowych z poli(metakrylanu metylu) (PMMA) stosowanych w produkcji elementów reklamowych. W badaniach wykorzystano połączenia klejowe kątowe, które są jednym z rodzajów połączeń wykonywanych w konstrukcji elementów reklamowych. Łączonym materiałem był poli(metakrylan metylu) (PMMA) o grubości 8 mm. Do wykonania połączeń klejowych zastosowano dwa rodzaje jednoskładnikowych klejów rozpuszczalnikowych oraz chlorek metylenu, jako rozpuszczalnik. W badaniach doświadczalnych określono zwilżalność powierzchni klejonych elementów (z powłoką ochronną i bez) oraz pracę adhezyjną na podstawie pomiaru kąta zwilżania, a także wytrzymałość połączeń klejowych zgodnie z normą ISO 4578. Na podstawie wyników badań wytrzymałościowych można stwierdzić, że zastosowanie rozpuszczalnika pozwala na uzyskanie połączeń równie wytrzymałych, jak przy zastosowaniu klejów rozpuszczalnikowych. Potwierdzono również celowość stosowania powłok zabezpieczających nie tylko przed zabrudzeniami czy uszkodzeniami mechanicznymi w postaci zarysowań, ale także w celu zwiększenia (zabezpieczenia) właściwości adhezyjnych, określanych w tym przypadku przez zwilżalność.

8

Analiza wpływu zwilżalności ośrodka skalnego na parametry termiczne na podstawie profilowań geofizycznych i danych laboratoryjnych

Lis-Śledziona Anita, Słota-Valim Małgorzata, Stadtmüller Marek

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 4

227--243

PL

Celem prowadzonych badań była analiza i oszacowanie wpływu systemu zwilżalności ośrodka skalnego na jego parametry termiczne. W zależności od temperatury, składu mineralnego, porowatości i nasycenia wodą skałę charakteryzuje określona przewodność cieplna. Jednak nie tylko ilość wody w formacji wpływa na przewodność cieplną. Ważne jest także rozmieszczenie wody w skale, które w znacznym stopniu determinowane jest przez zwilżalność. Woda w skałach wodozwilżalnych pokrywa ziarna i tworzy tzw. film wodny na powierzchni minerałów, wypełnia także małe pory skały, tworząc strugi, ścieżki perkolacji dla migracji fazy przewodzącej ciepło (wody), ale też przewodzącej prąd elektryczny. W skałach hydrofobowych film wodny na powierzchni ziaren mineralnych jest nieciągły lub w ogóle go brak, gdyż większa część powierzchni skały pokryta jest ropą, natomiast woda w większości wypełnia centralną część porów o dużych średnicach. W pracy wykazano, że istnieje zależność pomiędzy systemem zwilżalności skały a przewodnością termiczną oraz przeprowadzono modelowanie ilościowe. Analizowano dane literaturowe z badań na hydrofilowych i hydrofobowych próbkach piasku przy różnym stopniu nasycenia wodą. Obserwacja eksperymentu prowadzącego do zmiany charakteru zwilżalności skały z hydrofilowej na hydrofobową na drodze powleczenia ziaren piasku polimerem zainspirowała autorów niniejszej pracy do zaproponowania dwóch równań przedstawiających zależność przewodności termicznej (λ) od współczynnika nasycenia wodą (Sw) dla skał wodozwilżalnych i skał ropozwilżalnych. W skałach wodozwilżalnych zaobserwowano wykładniczy wzrost przewodności cieplnej wraz ze wzrostem współczynnika nasycenia wodą, natomiast w skałach ropozwilżalnych zależność λ od Sw przedstawiono przy wykorzystaniu funkcji logistycznej. W ramach testowania modeli wykonano serię obliczeń dla czterech hipotetycznych skał klastycznych i czterech skał węglanowych. Przeprowadzono analizę wyników i obliczono przewodność termiczną w rzeczywistym ośrodku skalnym, wykształconym w postaci piaszczysto-ilastych utworów paleozoicznych, dla którego istniały opracowane wcześniej przez autorów wyniki interpretacji parametrów litologiczno-złożowych. Jednym z takich parametrów była obliczona i skalibrowana z wynikami badań laboratoryjnych krzywa zwilżalności. Stanowiła ona podstawę do podziału interpretowanego interwału na strefy wodozwilżane i ropozwilżalne. Ostatecznym wynikiem pracy jest estymacja zakresów zmienności przewodności cieplnej analizowanych skał w funkcji zwilżalności oraz parametrów petrofizycznych (zailenie Vcl, porowatość efektywna PHI, współczynnik nasycenia wodą Sw).

EN

The study aimed to evaluate the impact of the rock medium's wettability system on the thermal properties of the rock. The rock exhibits a specific thermal conductivity depending on the temperature conditions, mineral composition, porosity, and water saturation. However, it is not only the amount of water in the rock that affects its thermal conductivity. The water distribution in the rock, which is mostly determined by its wettability, is also essential. Water in the water-wet rocks covers the grains and creates a so-called water film on the minerals' surfaces. It also fills the tiny pores of the rock, creating streams and percolation paths for the migration of the heat-conducting and electrically conductive phases. In hydrophobic rocks, the water film on the surfaces of the minerals grains is discontinuous or non-existent as most of the rock surface is covered with oil, while water fills the central part of the pores of larger diameters. The results of the study confirmed the existence of a relationship between the rock wettability system and thermal conductivity based on the quantitative modeling that was carried out. The data from the literature were analyzed and tested by taking the hydrophilic and hydrophobic sand samples at various degrees of water saturation. The results of the experiment found in the literature leading to a change in the characteristics of the sand samples from initially hydrophilic into hydrophobic by coating sand grains with thermosensitive polymer led to an idea of proposing two equations presenting the dependence of thermal conductivity on the water saturation coefficient for water-wet and oil-wet rocks. In water-wet rocks, an exponential increase in thermal conductivity was observed with an increase in the water saturation coefficient. In contrast, in oil-wet rocks, the dependence of thermal conductivity λ on Sw was expressed using a logistic function. As part of model testing, a series of calculations were carried out for four hypothetical clastic rocks and four carbonate rocks. The analysis of the obtained results allowed to calculate thermal conductivity for real clastic rock medium represented by Paleozoic sandy claystone formation, with previously developed by the authors lithological interpretation and 1D models of reservoir properties. Among these parameters, a wettability curve was calculated and calibrated with the laboratory data. The wettability was used to distinguish interpreted intervals into the water- and oil-wet zones. Finally, as a result, the variability ranges of thermal conductivity of analyzed rocks were estimated as a function of wettability and petrophysical parameters (Vcl clay volume, PHI effective porosity, Sw water saturation).

9

Ocena wybranych właściwości mechanicznych i fizycznych akrylowych cementów kostnych o niskiej lepkości

Zając Zuzanna, Łagan Sylwia, Liber-Kneć Aneta

Aktualne Problemy Biomechaniki

|

2023

|

z. 23

35--42

EN

The aim of this work was comparison mechanical and physical properties of bone cements used in human and animal orthopedics. The mechanical properties were determined by compression tests, a contact angle was observed with a goniometer and the surface free energy was calculated by Owens-Wendt model. Two states of material (initial and after incubation) were considered. The incubation process changed the nature of the surface to hydrophilic and caused an increase in the polar component of the surface free energy. The obtained compression curves are similar, showing both linear and plastic regions, with an conventional yield point.

PL

Celem pracy było porównanie właściwości mechanicznych i fizycznych powierzchni cementów kostnych stosowanych w ortopedii. Właściwości mechaniczne określono za pomocą statycznej próby jednoosiowego ściskania, kąt zwilżania wyznaczano przy użyciu goniometru optycznego, a swobodną energię powierzchniową obliczono według modelu Owensa-Wendta. Rozpatrzono dwa stany materiału (początkowy i po inkubacji). Proces inkubacji zmienił charakter powierzchni na hydrofilowy i spowodował wzrost wartości składowej polarnej swobodnej energii powierzchniowej. Otrzymane krzywe ściskania dla badanych stanów są podobne, ukazując obszar liniowy, jak i plastyczny, z umowną granicą plastyczności.

10

Relative wettability measurement of porous diffuser and its impact on the generated bubble size

Al-Yaqoobi Atheer M.G., Zimmerman William B.

Chemical and Process Engineering

|

2022

|

Vol. 43, nr 1

45-–55

EN

Controlling the bubble size is a major concern in enhancing transport performance in gas-liquid systems. The role of wettability of diffuser surface on bubble size is the subject of the current work. The study inspects the contact angle of a set of liquids on HP ceramic diffusers using the Washburn method. The results demonstrate that organic liquids like toluene, methanol–water (1:1 v/v), ethanol– water (1:1 v/v) and decane have small contact angles of 12.9, 37.5, 24.4 and 22.5 respectively. Water has a lower wettability than the organic compounds where the contact angle was about 67.4. The effect of wettability of the bubble size is investigated by measuring the size of air bubble produced using the same diffuser material. The results of bubble size measurement demonstrates that with liquids of small contact angle, i.e. good wetting properties, small bubble sizes are produced in comparison with liquids with a higher contact angle. The study demonstrates the viability of Washburn method in characterization of wettability of porous diffuser, which was verified by measuring the bubble size produced. A high reduction in bubble size can be obtained by a carefully chosen diffuser material that provides better wettability.

11

Experimental Investigation of the Wettability of Protective Glove Materials: A Biomimetic Perspective

Irzmańska Emilia, Jastrzębska Aleksandra, Kaczmarek Łukasz, Adamus-Włodarczyk Agnieszka

Autex Research Journal

|

2022

|

Vol. 22, no. 4

427--437

EN

The objective of the present work was to evaluate the surface wettability of commercially available polymeric protective gloves, as well as to determine the effects of their surface topography in conjunction with the glove material on the hydrophobic properties of the final products, together with surface free energy (SFE) and work of adhesion. The geometric structures imparted to the surface led to different levels of hydrophobicity and SFE. Most of the studied materials were characterized by good wettability properties. It was shown that a textured surface topography affects wettability. The highest SFE was found for nitrile butadiene rubber materials. All materials except for nitrile butadiene rubber exhibited good hydrophobic properties and relatively low work of adhesion.

12

Wettability of the System of Cast Iron and Magnesia Ceramics with Graphite

Hosadyna-Kondracka Małgorzata, Nowak Rafał, Turalska Patrycja, Bruzda Grzegorz, Boroń Łukasz, Wawrylak Marek

Archives of Foundry Engineering

|

2022

|

Vol. 22, iss. 3

25--33

EN

In this paper examinations of high-temperature wetting tests of 3 systems of liquid alloy – cast iron in contact with ceramic materials: magnesia ceramics in combination with natural graphite were presented. After wettability testing, the microscopic observations of the morphology of the sample surface and the cross-section microstructure with the chemical composition in micro-areas were examined. One of the objective of this work was also to verify whether the graphite content would affect the wettability of the magnesia ceramics. The study of high-temperature wetting kinetics of the liquid alloy in contact with the ceramic material, by the "sessile drop" method with capillary purification (CP) procedure was conducted. Under the test conditions, at a temperature of 1450°C and time 15 minutes, all 3 experimental systems showed a non-wetting behaviour. The average contact angle for the system with cast iron drop on magnesia ceramics was 140°, on magnesia ceramics with 10 parts per weight of graphite was 137° and on magnesia ceramics with 30 parts per weight of graphite - 139°. Microscopic observations revealed that in the case of the sample consisting of the cast iron drop on the substrate with magnesia ceramics, the formation of fine separations was not observed, unlike the systems with the substrate with magnesia ceramics and the addition of natural graphite. Numerous, fine droplets accumulate on the graphite flakes and consist mainly of Si as well as Fe and O. On the other hand, the rough MgO grains have a gray, matt surface, without fine separations. The conducted observations indicate the mechanical nature of the bonding - liquid metal penetrates into the pores of the rough ceramics of the substrate. However, in the case of systems of cast iron drop with magnesia ceramics and addition of graphite, probably the adhesive connection and the physical attraction of elements derived from cast iron drop with the flake graphite appeared as well.

13

Wpływ działania plazmy niskotemperaturowej na zmiany zwilżalności wybranych polimerów

Hołysz Lucyna, Kamela (Rymuszka) Diana, Terpiłowski Konrad, Chibowski Emil

Wiadomości Chemiczne

|

2021

|

[Z] 75, 9-10

1270--1295

EN

The effects of air, oxygen and argon plasma treatment on wetting and energetic properties of polymers: polymethylmethacrylate (PMMA), polyetheretherketone (PEEK), polyoxymethylene (POM), polyamide (PA6G), polycarbonate (PC) and polypropylene (PP) were studied. The changes in surface properties of PMMA, PEEK, POM, PA6G polymers after the air plasma treatment, and PP and PC polymers after the Ar or O2 plasma treatment were determined via the measurement of advancing and receding contact angles of three liquids having different polarity, i.e. water, formamide and diiodomethane. Having the determined contact angles the surface free energy and its components of the polymers were calculated using three different theoretical approaches, namely: acid-base Lifsthitz-van der Waals (LWAB), contact angle hysteresis (CAH) and Owens and Wendt (O-W). The effects of plasma treatment were further determined by calculations of the adhesion work and work of spreading of water on modified polymer and compared to values calculated for the unmodified surfaces. Then for the PEEK and POM modified with the air plasma, their surface wettability was determined after 14 days from the exposure to the plasma. It was found that plasma treatment caused better wettability what reflected in a decreased contact angles measured on the modified polymer surfaces. The greatest changes appeared for polar liquids, i.e. water and formamide. It pointed to an increased the surface hydrophilicity after the plasma treatment. The changes correlated also with the increased polar interactions due to appearance polar groups on the surface. For the studied polymer surfaces, generally the dispersive interactions practically did not change, regardless the treatment time and plasma type. The total surface free energy values calculated for the polymers from three different approaches to interfacial interactions are similar. However, the energy values are apparent because they depend s upon the kind of liquid used for the contact angles measurement. Irrespectively of the plasma type, for all polymers an increase of the adhesion work of water in reference to the unmodified surfaces was observed. The most appropriate time to improve the adhesion between the polymer surface and liquid was found to be 25 or 60 s. However, the effects of plasma treatment are not permanent. With the storage time the contact angles have increased. This can be due to the structure reorganization within a few nm thick the surface layer.

14

Characteristic of polypropylene nanocomposite material reinforcement with hydroxyapatite for bone replacement

Obaid M. N., Sabr O. H., Hussein A. A.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2021

|

Vol. 104, nr 1

21--30

EN

Purpose: Human bone suffered some degeneration due to age and accidents; therefore, there are many interests in the prepared synthetic bone with properties nearer to natural bone. The present study prepared a nanocomposite of polypropylene reinforced with different weight fraction of Nano hydroxyapatite (HAp) to be used as a bone replacement with good biological properties that enhanced the growth of osteoplastic cells and enhance the prevention of clots and coagulates creation. Design/methodology/approach: Nanocomposite from polypropylene reinforced with different weight fraction of Hydroxyapatite (HAp) (1,2 and 3) % prepared by first dispersion Nano hydroxyapatite insolvent and then mixing with a pellet of polypropylene by the twin-screw extrusion process, the current research study the surface properties ( atomic force microscopy (AFM), contact angle test) Moreover, it studied the characteristics of prepared nanocomposite materials (Differential Scanning Calorimetry (DSC), Field Emission-Scanning Electron Microscopy (FE-SEM) and Fourier Transform Infrared (FTIR)). Findings: The AFM results show the surface roughness decreased with increasing content of HAp, which diminished the chance of creation clots and coagulates on it. The contact angle results referred to polypropylene behaviour transformed from hydrophobic to hydrophilic with addition HAp that permission to grow the osteoplastic cell on it, so the healing process is accelerated. Moreover, the FE-SEM images revealed uniform distribution and good bonding between polypropylene and Hydroxyapatite. The thermal properties were measured by the DSC test showed the melting temperature, and the enthalpy of melting (indicated to increase the crystalline structure per cent) are increased with increasing the percentage of Hydroxyapatite. Research limitations/implications: This research studied the characteristics of nanocomposite materials prepared by three steps (dispersion by ultrasonic device, manually mixed and melting and mixing by twin extruder) which can be used as a bone replacement. However, the main limitation was the uniform distribution of nano-hydroxyapatite within the matrix. In a further study, the cytotoxic test can be tested to study the effect of prepared nanocomposite on living cells’ growth. Practical implications: The interest object is how to connect among different properties to prepared bone replacement with good properties and biocompatibility that made able to stimulate the growth and healing process. Originality/value: The nano-hydroxyapatite is a biomaterial that has a composition similar to the natural mineral phase of the bone and does not have any negative effect, which enhanced the growth of osteoplastic cells and decreased the clots and coagulates creation; therefore, nano-hydroxyapatite is used to decrease the surface roughness which decreased the chance of coagulation creation and to enhance the hydrophilic properties.

15

Hydrophilization of Polyester Textiles by Nonthermal Plasma

Azeem Musaddaq, Javed Asif, Morikawa Hideaki, Noman Muhammad Tayyab, Khan Muhammad Qamar, Shahid Muhammad, Wiener Jakub

Autex Research Journal

|

2021

|

Vol. 21, no. 2

142--149

EN

Polyester is a popular class of material used in material engineering. With its 0.4% moisture regain, polyethylene terephthalate (PET) is classified as highly hydrophobic, which originates from its lack of polar groups on its backbone. This study used a parallel-plate nonthermal plasma dielectric barrier discharge system operating at medium pressure in dry air and nitrogen (N2) to alter the surface properties of PET fabrics to increase their hydrophilic capabilities. Water contact angle, atomic force microscopy (AFM), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) were utilized to analyze any effect from the plasma treatment. The wettability analysis revealed a reduction in the contact angle of more than 80% within 5 min for both discharges. Scanning electron microscopy analysis showed no microscopic damage to the fiber structure, guaranteeing that the fabrics’ structural integrity was preserved after treatment. AFM analysis showed an increase in the nanometer roughness, which was considered beneficial because it increased the total surface area, further increasing the hydrophilic capacity. XPS analysis revealed a sharp increase in the presence of polar functional groups, indicating that the induced surface changes are mostly chemical in nature. Comparing that of untreated fabrics to treated fabrics, a Increase in water absorption capacity was observed for air-treated and N2-treated fabrics, when these fabrics were used immediately after plasma exposure.

16

Estimation of wettability from well log and laboratory measurements for clastic rocks

Lis-Śledziona Anita

Nafta-Gaz

|

2020

|

R. 76, nr 7

431--440

EN

This paper presents a unique method to calculate a wettability index based on well log data and laboratory measurements performed on cores. The subject of the research is middle Cambrian sandstone located in the offshore part of the Baltic Basin. Cambrian oil production horizons have a form of structural traps associated with faults. In the research, the measured wettability values using the Amott– Harvey test and available well log data were used. In the first stage, the dependence between different petrophysical parameters and measured wettability index values was analysed. The average pore sizes and capillary water content were calculated. It was noted that capillary water saturation and pore sizes that build the pore space have an impact on wettability. Analyses of 10 wells enabled the development of an equation to calculate the saturation exponent N. Then, the results of the N parameter were compared against the values from the Amott– Harvey test and a continuous curve of wettability on the Amott–Harvey scale was calculated. Other objectives of this study included assessments of the effect of wettability on formation resistivity, water saturation, and relative permeability to oil and water in the sandstone reservoir. The last part of the performed work included rock-typing and determination of the variability of wettability, water saturation, and relative permeability for each unit. Rock-typing was performed using Principal Component Analysis and the K-mean clustering method. As an input, calculated and core-calibrated permeability and porosity values were used. The reservoir was divided into three classes. The final stage of work indicated the dominant wettability system in the reservoir.

PL

Artykuł prezentuje nowatorską metodę obliczania zwilżalności przy wykorzystaniu danych geofizyki wiertniczej oraz pomiarów laboratoryjnych wykonanych na rdzeniach. Obszar badań to piaskowce kambru środkowego zlokalizowane w morskiej części basenu bałtyckiego. Akumulacje ropy w tym złożu zlokalizowane są w pułapkach strukturalnych i mają związek z występowaniem uskoków. W pracy jako dane wejściowe wykorzystano wyniki zwilżalności oznaczone laboratoryjnie na próbkach przy wykorzystaniu testu Amotta–Harvey'a oraz dostępne pomiary geofizyki wiertniczej. Celem pracy było także zbadanie wpływu zwilżalności na oporność skały, wartości współczynnika nasycenia wodą oraz zbadanie zależności pomiędzy zwilżalnością a rozmiarem porów budujących przestrzeń porową. Pierwszy etap pracy obejmował obliczenie zawartości wody kapilarnej średnich wielkości porów. Zauważono, że wyliczone parametry zależą od pomierzonej zwilżalności – to spostrzeżenie pozwoliło na zdefiniowanie wzoru do wyznaczania parametru zwilżalności N. Następnie uzyskaną ciągłą krzywą obrazującą zmiany zwilżalności wzdłuż całego analizowanego interwału zbiornikowego korelowano z wartościami z testu Amotta–Harvey'a, co pozwoliło na wyliczenie zwilżalności ośrodka w skali Amotta–Harvey'a (–1; –1). W kolejnym etapie analizowano wpływ zwilżalności na rzeczywistą oporność formacji, współczynnik nasycenia wodą oraz względną przepuszczalność dla wody i ropy. Ostatnia część wykonanych prac objęła podział piaskowców kambru środkowego na jednostki jednorodne hydraulicznie i określenie zmienności zwilżalności, współczynnika nasycenia wodą i względnej przepuszczalności w każdej z wydzielonych klas. Wydzielenie jednostek jednorodnych hydraulicznie zostało przeprowadzone na podstawie analizy składowych głównych oraz grupowania metodą k-średnich. Ostatnim etapem było określenie dominującego w złożu systemu zwilżalności.

17

Innowacyjne hydrofobowe cynkowe powłoki galwaniczne jako proekologiczna ochrona antykorozyjna

Chat Karolina, Rudnik Ewa

Rudy i Metale Nieżelazne Recykling

|

2019

|

R. 64, nr 2

21--24

PL

Metale i ich stopy są podstawowymi materiałami inżynierskimi. Stosowane są one powszechnie jako konstrukcje, elementy różnorodnych urządzeń czy pokrycia dachowe. Jednak samorzutne, zazwyczaj stopniowe, niszczenie metali w wyniku elektrochemicznego lub chemicznego oddziaływania z otaczającym środowiskiem prowadzi do pogorszenia wyglądu zewnętrznego wyrobów i osłabienia konstrukcji metalowych, a w konsekwencji do awarii i katastrof. Szacuje się, że roczne straty korozyjne na świecie w przeliczeniu na jednego mieszkańca to 1000–1500 USD, co stanowi nawet 6–8% PKB, uwzględniając bezpośrednie i pośrednie skutki korozji. Procesy korozyjne stanowią bardzo poważny problem gospodarczy, w związku z tym istotne jest prawidłowe zabezpieczenie metali, np. poprzez nanoszenie metalowych powłok ochronnych. Metalem najczęściej stosowanym na powłoki jest cynk. Cynkowanie elektrolityczne umożliwia otrzymanie równomiernych warstw ochronnych o żądanej grubości i estetycznym wyglądzie zewnętrznym. Najnowsze badania wskazują, że poprzez nadanie odpowiedniej morfologii powierzchni w mikro- i nanoskali możliwe jest otrzymanie warstw cynkowych o właściwościach superhydrofobowych. Dzięki temu woda bardzo łatwo spływa z powierzchni materiału, a poprzez zmniejszenie kontaktu powłoka-elektrolit powstawanie ognisk korozyjnych jest ograniczone. W pracy przedstawiono elektrochemiczną metodę otrzymywania powłok cynkowych o właściwościach hydrofobowych. Poprzez odpowiedni dobór składu elektrolitu oraz warunków osadzania, uzyskano warstwy o różnorodnej morfologii powierzchni, co przekłada się na podwyższoną odporność korozyjną powłok.

EN

Metals and their alloys are fundamental engineering materials. They are commonly used as constructions, elements of various devices or roof coverings. However, spontaneous, usually gradual, destruction of metals due to electrochemical or chemical reactions with the surrounding environment leads to a deterioration of the appearance of products and weakening of the metal structures, thus to failures and catastrophes. It is estimated that the global annual corrosion losses reach 1000–1500 USD per habitant, what corresponds even to 6–8% of GDP, taking into account the direct and indirect effects of corrosion. Corrosion processes are very serious economic problems, therefore it is important to properly protect the metals, by application of metallic protective coatings as example. One of the most commonly used is zinc coating. Electrodeposition enables obtaining uniform protective layers of the desired thickness and aesthetic appearance. Recent studies indicate that special surface morphology in the micro- and nanoscale gives zinc layers with superhydrophobic properties. It results in very easy water flow from the surface of the material, and by reducing the contact between coating and electrolyte the formation of corrosive cells is limited. The paper presents the electrochemical method of obtaining zinc coatings with hydrophobic properties. Through appropriate selection of the electrolyte composition and deposition conditions, layers with various surface morphologies and thus with improved corrosion resistance of the coatings.

18

Wpływ rodzaju podłoża na wybrane właściwości cienkich warstw ITO

Strzyżewski Maciej, Wojcieszak Damian, Rogala Jacek, Pastuszek Roman

Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania

|

2019

|

Vol. 60, nr 7

21--23

PL

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań wpływu rodzaju podłoża na właściwości cienkich warstw ITO, takich jak chropowatość powierzchni, zwilżalność, rezystywność oraz współczynnik odbicia światła. Analizie poddano warstwy ITO o grubości 70 nm, naniesione metodą rozpylania magnetronowego na podłoża z krzemionki amorficznej (SiO₂), krzemu (Si), poliwęglanu (PC) oraz poli(tereftalanu etylenu) (PET). Badania wykazały istotny wpływ ukształtowania powierzchni podłoża na właściwości naniesionej cienkiej warstwy ITO. Uzyskana rezystywność warstw ITO wykazała różnice nawet o kilka rzędów wielkości dla zastosowanych różnych podłoży. Cienkie warstwy ITO wykazały właściwości hydrofilowe na każdym badanym podłożu, natomiast największą wartością kąta zwilżania charakteryzowała się warstwa ITO/SiO₂. Najmniejszą wartość współczynnika odbicia światła dla długości fali 550 nm wykazała warstwa tlenku indowo-cynowego na podłożu krzemowym i wynosiła ok. 3,2%.

EN

This paper presents the results of research on the influence of substrate type on the properties of ITO thin films, such as surface roughness, wettability, resistivity and light reflectance. ITO 70 nm thick coatings were deposited using magnetron sputtering to amorphous silica (SiO₂), silicon (Si), polycarbonate (PC) and polyethylene terephthalate (PET) substrates. The research showed a significant influence of the surface roughness of the substrate on the properties of the deposited ITO thin film. The obtained resistivity of ITO thin films varied even by several orders of magnitude for the various substrates used. Investigated materials showed a hydrophilic properties on each substrate, but the ITO/SiO₂ layer was characterized by the highest value of the contact angle. The lowest value of the reflectance at the wavelength of 550 nm showed the indium-tin oxide thin film deposited on the silicon substrate and was about 3.2%.

19

Biodegradable polymer coatings on Ti6Al7Nb alloy

Szewczenko Janusz, Kajzer Wojciech, Kajzer Anita, Basiaga Marcin, Kaczmarek Marcin, Antonowicz Magdalena, Nowińska Katarzyna, Jaworska Joanna, Jelonek Katarzyna, Kasperczyk Janusz

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2019

|

Vol. 21, no. 4

83--92

EN

The aim of the study was to determine the influence of long term exposure to Ringer’s solution of biodegradable polymer coatings containing an active substance on the Ti6Al7Nb alloy substrate on the physical and chemical properties of the coatings and the degradation process of the metal substrate. The studies used poly(L-lactide-co-trimethylene carbonate) P(L/TMC), poly(L-lactide-co-trimethylene carbonate-glycolide) P(L/TMC/G) and poly(D,L-lactide-glycolide) (PLGA) coatings applied to the anodically oxidized Ti6Al7Nb alloy by means of dipping method (1, 2 and 3 dips). The polymer coatings contained ciprofloxacin. Roughness and wettability tests were carried out on the substrate and polymer coatings, the pitting corrosion resistance of the substrate and samples with polymer coating was determined, the number of metallic ions released to the solution from the coated and uncoated samples was determined as well as the adhesion of polymer coatings. The research was supplemented by microscopic observations. The results of the research indicate different influence of exposure to Ringer’s solution on the physical and chemical properties of biodegradable polymer coatings containing ciprofloxacin and the course of the degradation process of the metal substrate.

20

Impact of Adhesion and Viscosity Forces on Friction Variations in Bio-Tribological Systems

Wierzcholski K., Miszczak A.

Tribologia

|

2018

|

nr 2

139--151

EN

The classical theory of lubrication holds that the lubricant dynamic viscosity increments cause the increments of hydrodynamic pressure, as well as friction forces and wear. In the case of high values of hydrodynamic pressure, it very often has a significant impact on the friction coefficient. New achievements in the field of micro-and nano-tribology provide for new hypotheses on the decrements and increments of the friction coefficient in the case of the lubricant viscosity increments. Experimental investigations have shown that, even in the case of decrements of the friction coefficient with the lubricant viscosity increments, such decrements are very often lower than simultaneous hydrodynamic pressure increments which results in the friction force increments with the lubricant viscosity increments. In biological friction nods, we can observe a varied impact of the biological lubricant viscosity on the friction force and friction coefficient values. The abovementioned impact is caused by the adhesion and cohesion forces occurring between the biological fluid particles flowing around the phospholipid bilayer on the superficial layer of the cartilage with varied wettability and hydrogen ion concentration. The wettability (We) and power hydrogen ion concentration (pH) have a significant impact on the physiological fluid or biological lubricant viscosity variations and, as a result, on the friction forces and friction coefficient. This paper describes the abovementioned impact and the process of friction forces and friction coefficients variations in biological friction nods.

PL

Z klasycznej teorii hydrodynamicznego smarowania wynika, że wzrost lepkości dynamicznej czynnika smarującego powoduje wzrost ciśnienia hydrodynamicznego, a także wzrost sił tarcia i zużycia. W przypadku dużych wartości ciśnienia widoczny jest jego wpływ na wartość współczynnika tarcia. Intensywny rozwój mikro-i nanotribologii przyczynił się do powstania wielu hipotez odnośnie do wzrostu i malenia współczynnika tarcia wraz ze wzrostem lepkości czynnika smarującego. Badania eksperymentalne dowiodły, że nawet w przypadku malenia współczynnika tarcia ze wzrostem lepkości oleju to spadki te są na ogół na tyle mniejsze od równoczesnych wzrostów ciśnienia, co w rezultacie doprowadza do wzrostu siły tarcia ze wzrostem lepkości. W biologicznych węzłach tarcia rozmaity wpływ lepkości cieczy biologicznej na zmiany wartości sił tarcia oraz współczynnika tarcia uwidacznia się jeszcze bardziej. Wpływ ten jest powodowany dużym udziałem sił adhezji i kohezji pomiędzy cząsteczkami cieczy biologicznej opływającymi macierz komórkową dwuwarstwych fosfolipidów zalegających na chrząstce stawowej o zmiennej zwilżalności We i zmiennym stężeniu jonów wodorowych (pH). Zarówno We, jak i pH mają duży wpływ na zmiany lepkości cieczy fizjologicznej w szczególności cieczy synowialnej, które z kolei zmieniają wartości sił tarcia i współczynnik tarcia. Niniejsza praca opisuje i ilustruje mechanizm przedstawionych zmian i wpływów dla biologicznych węzłów tarcia.