Пена представляет собой дисперсную систему, состоящую из ячеек — пузырьков газа (пара), разделенных пленками жидкости (или твердого вещества). Свойства пены определяются, прежде всего, соотношением объемов газовой и жидкой фаз. Отношение объема пены к объему раствора, затраченного на ее изготовление, называют кратностью пены. Другая важная характеристика — стабильность, т. е. время жизни отдельного пузырька или определенного объема пены. Пену характеризуют также дисперсность, оцениваемая по среднему диаметру пузырьков, и структурно-механические свойства, например, способность в течение некоторого времени сохранять свою первоначальную форму.
Поскольку пена образуется двумя веществами — газом и жидкостью, ее можно рассматривать как неполный веполь, легко достраиваемый до полного веполя. Этим объясняется обилие технических решений, в которых пена взаимодействует с тем или иным полем.
Пена широко применяется в различного рода устройствах для звукопоглощения. Пример: по патенту США 3589468 зону резания металла покрывают пеной, которая не только глушит шум, но и позволяет улавливать испарения, дым, стружку.
Пену используют при борьбе с холодом, заморозками, обледенением. Примером может служить а. с. 317364 на способ защиты насаждений и посевов от заморозков: полимерная «шуба» из пены безвредна для растений, долго держится, хорошо защищает почву от мороза, а при необходимости без затруднений смывается водой. Аналогично осуществляют и защиту трассы строящегося газопровода: пена надежно защищает от мороза в течение нескольких месяцев. В забоях шахт нет пламени и мороза, но на поверхности забоя образуется избыток тепла, мешающий горнякам. И в этом случае можно использовать пену (а. с. 295887).
Измельченные материалы, например, руда, уголь, при транспортировке на конвейере сильно пылят. Здесь мы также имеем дело с вредным веполем (транспортируемый порошок, воздух и поле механических сил взаимодействия). Для разрушения веполя надо ввести третье вещество. Но такое вещество резко удорожит и усложнит работу: придется тратить время на покрытие груза, а затем на снятие покрытия и возвращение его к месту погрузки. Противоречие устраняют использованием покрытия из пены (а. с. 338457).
Пена близка к идеальному веществу: почти ничего не весит, почти ничего не стоит. Поэтому даже простое применение обычной пены часто дает сильные технические решения. Но следует ожидать более широкого применения решений, в которых реализованы разного рода дополнительные приемы. Давно известны пористые шлифовальные круги («отвердевшая пена»). «Хитрость» а. с. 195095 в том, что, наряду с обычными мелкими порами, круг имеет и большие поры, способствующие удалению стружки и придающие кругу эластичность. Другая оригинальная идея (а. с. 464907): моделирование с помощью пены и мыльных пузырей разного рода сооружений — оболочек, перекрытий, баков.
Таким образом, основные области применения пены следующие.
· заполнение больших объемов при малом расходе вещества;
· звукоизоляция, глушение ударных волн;
· пожаротушение, тепло- и холодоизоляция;
· борьба с пылеобразованием;
· изменение свойств жидкой среды, интенсификация процессов в жидкой среде;
· покрытие поверхности жидкости;
· разделение взвесей, очистка жидкостей;
· обнаружение течей;
· изучение воздушных потоков;
· защита хрупких объектов;
· моделирование оболочек.