ISBN 978-3-8439-3015-4

978-3-8439-3015-4, Reihe Verfahrenstechnik

Christine Stephanie Funk
Benetzungsverhalten und Mobilität von Mikrotropfen an nanopartikulär beschichteten Einzelfasern

194 Seiten, Dissertation Universität Erlangen-Nürnberg (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Ziel der Forschungsarbeit war es grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse wie die Tröpfchenmobilität und Tropfenabscheidung an Faseroberflächen mit der Oberflächentopographie und den Benetzungseigenschaften der Fasern zusammenhängt zu erarbeiten, um ein nanotechnologisch modifiziertes Textilfiltermedium zur Optimierung der Abscheidung von Wasser aus Dieselkraftstoff zu entwickeln. Dafür wurden in den Grundlagenuntersuchungen an Einzelfasern definierte nanopartikuläre Faserbeschichtungen eingesetzt um die Benetzungseigenschaften und die Mobilität von Tropfen auf der Faser gezielt zu verändern und zu steuern.

Im ersten Teil der Arbeit wurde eine intensive Charakterisierung der Grenzflächensysteme vorgenommen. Es wurden Rauigkeitsstudien über AFM Messungen durchgeführt, die Oberflächenenergien der beschichteten Fasern über die OWRK- Methode bestimmt sowie BET Messungen ausgeführt.

Die experimentellen Untersuchungen dieser Forschungsarbeit können in zwei Abschnitte eingeteilt werden. Zum einen wurden Benetzungsexperimente zur Bestimmung der Kontaktwinkel, des kritischen Roll-down Kontaktwinkels und der Kontaktwinkelhysterese an nanorauen Fasern in Luft und Diesel durchgeführt. Zum anderen sind Untersuchungsmethoden zur Quantifizierung der Topfenmobilität an beschichteten Fasern erarbeitet worden.

Neben den Kontaktwinkelmessungen wurden zudem für verschiedene Faserdurchmesser und Oberflächenenergien die Kontaktwinkel mittels der Software “Surface Evolver” (SE) simuliert.

In dieser Arbeit wurden erstmals Verdampfungsversuche und Tropfenzudosierungsversuche an nanorauen Fasern durchgeführt, um die Pinningkraft der Kontaktlinie zu quantifizieren. Zur Quantifizierung der Topfenmobilität an beschichteten Fasern wurde ein Strömungskanal konstruiert und Anströmexperimente zur Bestimmung der axialen Adhäsion zwischen Tropfen und Faser in Luft und in Diesel erarbeitet. Hierfür wurde die Strömungsgeschwindigkeit direkt vor dem Tropfen mittels CFD (Computational Fluid Dynamics), Software ANSYS CFX 14.5, simuliert.

Die vorliegende Arbeit konnte zum Verständnis der Vorgänge an Fasern in Emulsionsfaserfiltern maßgeblich beitragen und dadurch einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung eines nanotechnologisch modifizierten Textilfiltermediums zur Optimierung der Abscheidung von Wasser aus Dieselkraftstoff leisten.