RU2457045C1 - Способ защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке - Google Patents
Способ защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457045C1 RU2457045C1 RU2011107829/05A RU2011107829A RU2457045C1 RU 2457045 C1 RU2457045 C1 RU 2457045C1 RU 2011107829/05 A RU2011107829/05 A RU 2011107829/05A RU 2011107829 A RU2011107829 A RU 2011107829A RU 2457045 C1 RU2457045 C1 RU 2457045C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- roof
- edge
- water
- coating
- drop
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам защиты кровли крыши материальных объектов от образования сосулек на ее кромке. Способ заключается в том, что на поверхность объекта наносят гидрофобное покрытие. При этом покрытие выбирают с краевым углом смачивания более 120°. Гидрофобное покрытие наносят полосой, ширину которой выбирают не менее 50 мм, считая от кромки. При этом поверхность приобретает свойства антисмачиваемости, т.е. резко снижается прилипаемость жидкости (воды) к поверхности. Капля воды на такой поверхности принимает шарообразную форму и перекатывается по поверхности, не оставляя мокрого следа. В случае перемещения объекта в воде на такой поверхности будет проявляться эффект исчезновения пограничного слоя. 7 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к областям народного хозяйства, связанным с защитой от образования сосулек на кромках кровель крыш различного рода материальных объектов: домов, складских построек и т.д.
Образование сосулек большого размера на кромках кровель крыш и последующее их падение может приводить к тяжелым и трагическим последствиям, не говоря о том, что борьба с этим явлением требует больших материальных затрат.
Известен способ нанесения покрытия на металлическую пластину (см. патент Японии JP 4338960 В2, 1999 г., МПК B05D 5/08 - аналог). Покрытие наносят для получения высоких антифрикционных свойств поверхности материала. Однако неизвестны гидрофобные свойства такого покрытия.
Известен также способ нанесения износостойкого покрытия на поверхность детали (см. патент России Ru 2381077 C1, 2008 г., МПК B05D 5/08 - аналог). Покрытие наносят осаждением частиц алюминия на предварительно подготовленную поверхность с последующим микродуговым оксидированием осажденного слоя. Поскольку в патенте нет сведений о гидрофобных свойствах покрытия, не представляется возможным использовать предлагаемый способ для решаемой задачи.
Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является способ, заключающийся в том, что на поверхность материального объекта наносят гидрофобное покрытие (см. патент ВОИС Wo 2009005465 А1, 2008 г., МПК B05D 5/08). Способ основан на получении жидкого растворителя под давлением, в который добавляется гидрофобное растворимое вещество, выпадающее в осадок (или кристаллизующееся) после расширения жидкости при низком давлении. Однако способ трудновыполним практически, так как при открытии отверстия в сосуде и истечении из него в окружающую среду при значительном перепаде давления реализуются большие скорости истечения, что не гарантирует равномерного распределения частиц по поверхности, а следовательно, качество такого гидрофобного покрытия будет низким.
Решаемой задачей изобретения является защита кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке.
Технический результат в заявляемом способе защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке достигается за счет того, что в способе, заключающемся в том, что на поверхность кровли крыши материального объекта наносят гидрофобное покрытие, причем покрытие выбирают с краевым углом смачивания более 120°, на котором шарообразная капля воды при перекатывании не оставляет мокрого следа, при этом покрытие наносят полосой, ширину которой выбирают не менее 50 мм, считая от кромки.
Поскольку в качестве гидрофобного покрытия с θ более 120°, в первую очередь, целесообразно использовать смазку (пасту), принципиально важным моментом является нанесение ее не на всю поверхность кровли, а в виде узкой полосы вдоль ее кромки. При этом создаются нормальные, безопасные условия для работы обслуживающего персонала практически на всей кровле крыши (например, замена листов кровли, заделка трещин и т.д.) и, кроме того, достигается значительная экономия в расходовании дорогостоящего покрытия.
Предлагаемое изобретение, заключающееся в нанесении на поверхность кровли крыши материального объекта гидрофобного покрытия с краевым углом смачивания более 120°, позволяет также в значительной мере уменьшить (а при угле θ, стремящемся к 180°, и исключить) прилипание жидкости (воды) к поверхности и, таким образом, избежать образования пограничного слоя на поверхности омываемого материального объекта. В этих условиях сопротивление движению объекта, связанное с трением в пограничном слое, будет стремиться к нулю.
На фиг.1 изображена схема действия поверхностных натяжений в передней точке А капли воды на гидрофильной поверхности (краевой угол смачивания θ меньше 30°).
На фиг.2 изображена схема действия поверхностных натяжений в передней точке А капли воды на гидрофобной поверхности (краевой угол смачивания θ больше 120°).
На фиг.3 представлено фото (вид сверху) заполненной водой полиэтиленовой крышки с графитным кругом.
На фиг.4 представлено фото с увеличением ×4 (вид сверху) капли воды на антисмачиваемой поверхности (краевой угол смачивания θ составлял примерно 125°, а)) и капли воды на смачиваемой поверхности (краевой угол смачивания θ составлял примерно 30°, б)).
На фиг.5 изображена схема экспериментальной установки, с помощью которой подтверждена возможность осуществления и эффективность предложенного способа.
На фиг.6 представлено фото сосульки, образовавшейся на кромке кровли из наждачной бумаги.
На фиг.7 представлено фото сосульки, образовавшейся на кромке кровли из наждачной бумаги с нанесенной полосой из модифицированной графитной смазки.
Схема действия поверхностных натяжений в передней точке капли воды на гидрофильной поверхности (краевой угол смачивания θ меньше примерно 30°) материального объекта имеет следующие особенности (фиг.1): на поверхности раздела фаз материальный объект (в дальнейшем описании объект) - жидкость (вода) - происходят физико-химические процессы, в результате чего возникает явление смачиваемости, что проявляется в способности растекания капли жидкости на поверхности объекта. Количественно смачиваемость определяется значением краевого угла смачивания θ. Поверхность объекта, для которой угол θ меньше примерно 30°, называется гидрофильной, т.е. хорошо смачиваемой водой. Поверхность объекта, для которой угол θ больше примерно 120°, называется гидрофобной, т.е. плохо смачиваемой водой. Можно считать, поверхности с углом θ от 30 до 90° - слабогидрофильными, а поверхности с углом θ от 90 до 120° - слабогидрофобными.
Как известно, растекание капли жидкости (воды) 1 на поверхности объекта 2 происходит до тех пор, пока не уравновесят друг друга действующие виды поверхностных натяжений: 3 - поверхностное натяжение на границе жидкость - газ (σж-г); 4 - поверхностное натяжение на границе объект - жидкость (σо-ж); 5 - поверхностное натяжение на границе объект - газ (σо-г). Поскольку |σо-ж|>σо-г для гидрофильной поверхности объекта (θ<30°), проекция поверхностного натяжения σо-ж на ось Х отрицательна (фиг.1), а поверхностное натяжение σж-г располагается в первой четверти. В случае гидрофобной поверхности с углом смачивания больше 120° (фиг.2) поверхностное натяжение σж-г переходит во вторую четверть, а поверхностное натяжение σо-ж в передней точке капли А изменяет направление действия на противоположное по сравнению со случаем смачиваемой поверхности (θ<30°).
При больших значениях краевого угла смачивания θ=120-180° по существу проявляется качественно новое явление - явление антисмачиваемости, что характеризуется либо отсутствием, либо резким сокращением способности капли растекаться на поверхности материального объекта.
Примером такой антисмачиваемой поверхности при контакте с водой служит любая поверхность с нанесенным мелкодисперсным порошком графита.
Так, если нанести порошок графита на поверхность полиэтиленовой крышки в виде круга (графитного круга), а затем осторожно наливать воду, то вода заполнит всю крышку, за исключением графитного круга. Для контрастности вода была подкрашена. В жидкости образуется своего рода мениск, когда поверхность воды достаточно круто обрывается на границах графитного круга (фиг.3). В опытах глубина такой «сухой» воронки достигала примерно 3,5 мм.
Были проведены также эксперименты с отдельной каплей воды на такой антисмачиваемой поверхности. На фиг.4а представлено фото капли воды (вид сверху) на антисмачиваемой поверхности (поверхность наждачной бумаги была обработана графитным порошком). Угол смачивания составил θ≈125°. Здесь же для сравнения приведено фото капли воды на поверхности наждачной бумаги без графитного порошка (фиг.4б): угол смачивания был θ≈30°. Видно, что размеры капли воды на антисмачиваемой поверхности получаются в 1,6 раза меньше из-за интенсивного проявления поверхностного натяжения.
В экспериментах капля воды на антисмачиваемой поверхности уподобляется капле ртути. Во-первых, капля принимает шарообразную форму, во-вторых, даже при небольших наклонах антисмачиваемой поверхности капля перекатывается подобно бильярдному шару, и, в-третьих, при перекатывании по антисмачиваемой поверхности капля не оставляет мокрого следа.
Были проведены эксперименты по образованию сосульки на кромке кровли модельной крыши и по оценке эффективности защиты в соответствии с предлагаемым способом.
Для экспериментального подтверждения реализации и эффективности предложенного способа спроектирована и изготовлена экспериментальная установка с модельной крышей со съемными листами кровли, схема которой приведена на фиг.5.
Экспериментальная установка включала следующие части: опорную плиту 1, стропила 2, обрешетку 3, съемный лист кровли 4, основание 5.
Исследование защиты кровли от образования сосульки осуществлялось следующим образом.
На крыше, размещенной на опорной плите 1 и состоящей из стропил 2 и обрешетки 3, укреплялась кровля 4, представляющая собой лист размером 200×200 мм. С помощью шурупов опорная плита 1 крыши крепилась к основанию 5. Угол наклона кровли к горизонту выбран ~30°. С помощью проволочных хомутов на кровле закреплялась полиэтиленовая бутылка с водой (на фиг.5 не показана), в дне которой было просверлено отверстие для подачи воздуха. Другое отверстие диаметром ~1,2 мм было просверлено в завинчивающейся крышке. Подача воды регулировалась путем дросселирования отверстия подачи воздуха с помощью конической деревянной палочки. Таким образом осуществлялась автоматическая подача капель воды. Расстояние от нижней кромки кровли до места падения капель из крышки составляло ~120 мм. В экспериментах температура окружающего воздуха колебалась в пределах -8÷-10°. Суммарное время эксперимента в каждом случае составляло ~2 часа. В качестве экспериментальной кровли применялась наждачная бумага на текстильной основе.
На фиг.6 приведено фото сосульки, образовавшейся на кромке кровли после эксперимента: длина сосульки составила ~120 мм.
Поскольку не удалось добиться хорошей адгезии графитного порошка к наклонной модельной кровле (капли воды смывали его уже в первые минуты), в качестве паллиативного гидрофобного покрытия была использована графитная смазка (ГОСТ 3333-80), в которой содержание графита было увеличено с 10 до ~20% (назовем ее модифицированной графитной смазкой). Можно отметить, что графитная смазка отличается широким диапазоном температур эксплуатации: - 40÷+60°С. Эксперименты с одиночной каплей воды на такой поверхности показали, что краевой угол смачивания составил ~90°. Капля воды не перекатывалась так легко, как на графитном порошке, а при смещении оставляла мокрый след. В экспериментах варьировалась ширина полосы модифицированной графитной смазки, нанесенной вдоль кромки. Наилучшие результаты (наименьшая длина сосульки) получены для ширины полосы, равной или большей 50 мм, считая от кромки.
При малых углах наклона кровли образование сосульки может происходить на нижней поверхности кровли вблизи кромки. В этих случаях полосу гидрофобного покрытия целесообразно нанести и на нижней поверхности.
На фиг.7 приведено фото сосульки, образовавшейся на кромке, после эксперимента в случае полосы модифицированной графитной смазки шириной 50 мм: ее длина составила ~25 мм.
Из сопоставления фиг.6 и 7 следует, что нанесение на кровлю гидрофобного покрытия (с относительно невысоким значением краевого угла смачивания θ≈90°) уже привело к существенному (примерно в 5 раз) снижению интенсивности образования сосульки.
Достигнутым техническим результатом является то, что заявляемый способ позволяет исключить образование сосульки на кромке кровли крыши материального объекта благодаря нанесению гидрофобного покрытия с краевым углом смачивания более 120°, при этом покрытие наносят полосой, ширину которой выбирают не менее 50 мм, считая от кромки. В результате нанесения такого покрытия поверхность кровли крыши приобретает свойство антисмачиваемости, т.е. резко снижается прилипаемость воды к поверхности. Капля воды, попадающая на такую поверхность, будет скатываться с нее, не прилипая, т.е. будет вести себя подобно капле ртути. И чем ближе краевой угол смачивания к 180°, тем сильнее будет проявляться эффект антисмачиваемости. При этом будет все больше проявляться кажущийся парадоксальным эффект исчезновения пограничного слоя, возникающий, как известно, на поверхности движущегося в воде объекта вследствие гидрофильности поверхности.
Таким образом, использование заявляемого изобретения в народном хозяйстве страны может дать значительный экономический эффект, так как позволит избежать многих разрушений и несчастных случаев, связанных, например, с падением сосулек с кромок кровель крыш.
Claims (1)
- Способ защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке, заключающийся в том, что на поверхность кровли крыши наносят гидрофобное покрытие, отличающийся тем, что покрытие выбирают с краевым углом смачивания более 120°, на котором шарообразная капля воды при перекатывании не оставляет мокрого следа, при этом покрытие наносят полосой, ширину которой выбирают не менее 50 мм, считая от кромки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107829/05A RU2457045C1 (ru) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Способ защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011107829/05A RU2457045C1 (ru) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Способ защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2457045C1 true RU2457045C1 (ru) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850625
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011107829/05A RU2457045C1 (ru) | 2011-03-01 | 2011-03-01 | Способ защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2457045C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540184C2 (ru) * | 2012-04-20 | 2015-02-10 | Вячеслав Кириллович Верхоломов | Способ защиты побережья от цунами и устройство для его осуществления |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU40809A1 (ru) * | 1929-08-23 | 1934-12-31 | Эрдбрюггер Густав | Способ предохранени от обледенени металлических подвижных деталей конструкций |
JP2001294947A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-26 | Nkk Corp | ブリケットの製造方法およびブリケット |
RU2232648C2 (ru) * | 1998-12-24 | 2004-07-20 | Суникс Сурфас Нанотехнологис Гмбх | Ультрафобная поверхность |
JP2005177697A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 氷結防止層形成用塗工材料、氷結防止層の形成方法及び氷結防止部材 |
RU2349618C2 (ru) * | 2006-12-13 | 2009-03-20 | Виталий Степанович Беляев | Покрытие, наполненное полыми микросферами, предотвращающее обледенение поверхностей различных изделий |
-
2011
- 2011-03-01 RU RU2011107829/05A patent/RU2457045C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU40809A1 (ru) * | 1929-08-23 | 1934-12-31 | Эрдбрюггер Густав | Способ предохранени от обледенени металлических подвижных деталей конструкций |
RU2232648C2 (ru) * | 1998-12-24 | 2004-07-20 | Суникс Сурфас Нанотехнологис Гмбх | Ультрафобная поверхность |
JP2001294947A (ja) * | 2000-04-11 | 2001-10-26 | Nkk Corp | ブリケットの製造方法およびブリケット |
JP2005177697A (ja) * | 2003-12-22 | 2005-07-07 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 氷結防止層形成用塗工材料、氷結防止層の形成方法及び氷結防止部材 |
RU2349618C2 (ru) * | 2006-12-13 | 2009-03-20 | Виталий Степанович Беляев | Покрытие, наполненное полыми микросферами, предотвращающее обледенение поверхностей различных изделий |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540184C2 (ru) * | 2012-04-20 | 2015-02-10 | Вячеслав Кириллович Верхоломов | Способ защиты побережья от цунами и устройство для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Boinovich et al. | Modus operandi of protective and anti-icing mechanisms underlying the design of longstanding outdoor icephobic coatings | |
Sarshar et al. | Anti-icing or deicing: Icephobicities of superhydrophobic surfaces with hierarchical structures | |
Wang et al. | Advantage of super-hydrophobic surface as a barrier against atmospheric corrosion induced by salt deliquescence | |
Tang et al. | Superhydrophobic and anti-icing properties at overcooled temperature of a fluorinated hybrid surface prepared via a sol–gel process | |
Bartolo et al. | Dynamics of non-Newtonian droplets | |
RU2009135483A (ru) | Водная дисперсия, объект с нанесенным покрытием и применение водной дисперсии | |
US20110059307A1 (en) | Method to prepare superhydrophobic surfaces on solid bodies by rapid expansion solutions | |
Muster et al. | The protective nature of passivation films on zinc: wetting and surface energy | |
JP2008224204A (ja) | 熱交換器用アルミニウムフィン材 | |
Brassard et al. | Silicone based superhydrophobic coating efficient to reduce ice adhesion and accumulation on aluminum under offshore arctic conditions | |
Xu et al. | Superhydrophobic and transparent coatings based on removable polymeric spheres | |
US10017651B2 (en) | Composition of hydrophilic painted surface | |
EP3603754A3 (en) | Golf ball | |
RU2457045C1 (ru) | Способ защиты кровли крыши материального объекта от образования сосульки на ее кромке | |
Wang et al. | The stable superhydrophobic ZnO@ stearic acid nanocone array and its remarkable all-sided protective abilities in various extreme environments | |
Zhang et al. | Fabrication of super-hydrophobic micro-needle ZnO surface as corrosion barrier against corrosion in simulated condensation environment | |
Li et al. | A simple method for fabrication of bionic superhydrophobic zinc coating with crater-like structures on steel substrate | |
US20170087586A1 (en) | Method for forming a coating film and a functional member comprising the same | |
EP3572155A1 (en) | Slurry application method and slurry application device | |
US9433878B2 (en) | Electrostatic coalescer for coalescing a dispersed phase from a continuous phase in an emulsion | |
Di Mundo et al. | Water entry and fall of hydrophobic and superhydrophobic Teflon spheres | |
JP4891271B2 (ja) | 耐食性に優れる塗装鋼板の製造方法 | |
Roach et al. | Superhydrophobicity and Self‐Cleaning | |
JP5124296B2 (ja) | 耐食性に優れる塗装鋼板 | |
JP6102192B2 (ja) | ロールコータ |