接触角测试仪检测木材塑料复合材料

   木材表界面润湿特性与其表面物理化学性质密切相关,是木材表界面特性中的参数之一.系统地总结、阐述近年来对木材表面润湿渗透特性、木材表面自由能计算以及木材表界面润湿特性影响因素的研究现状,并对木材表界面润湿特性研究过程中存在的问题和发展趋势进行探讨,可为改善木材表面加工性能及调控木材表界面结构等提供理论依据.木材胶接主要是木材与胶粘剂表界面之间发生的物理化学变化,表明在木材和胶粘剂的表界面上存在某种基本能量,决定胶接现象的本质。木材及胶粘剂本身的表界面特性对木材的物理化学性能有很大影响,因此,研究木材和胶粘剂的表界面特性对于探索木材胶接理论具有十分重要的意义。本文以常用速生杨木和酚醛树脂(PF树脂)为主要原材料,以接触角测量仪为主要仪器,采用座滴法测定了液体在木材表面的相对平衡接触角,计算了表面自由能,分析了四种计算方程在木质材料表面自由能计算上产生的差异；

一. 前言

众所周知，纳米材料科学与工程已经成为世界性的研究热点，在研究纳米材料的表面改性时，往往要涉及润湿接触角这个概念。所谓接触角是指在一固体水平平面上滴一液滴，固体表面上的固－液－气三相交界点处，其气－液界面和固－液界面两切线把液相夹在其中时所成的角。

二. 仪器介绍

本公司仪器采用现代化工艺制造，仪器采用CMOS数字摄像机，配倍高分辨率变焦式显微镜和高亮度LED背景光源系统，搭配三维样品台，可进行工作台上下、左右、前后等方向移动。实现微量进样及上下、左右精密移动。同时还设计了伸缩杆结构工作台，能适应在不同用户材料厚度加大的场合。仪器框架可以根据式样的大小适量调节，扩大了仪器的使用范围。软件搭配修正功能，测量多次后的结果可以同时保存在同一报告下，能让用户更好的对材料数据进行管控。该仪器设计美观大方、操作简单、符合用户所需。适用于各种行业测定接触角的用户。

一. 接触角的计算方法

接触角测试仪对于理想的平面固体表面，当液滴在表面达平衡后。只有一个符合Young方程的接触角。但实际固体表面是非理想的，因而会出现滞后现象，致使接触角的测量往往很难重复。但经过精心制备和处理的表面，有可能得到较重复的数据，特别是高分子的表面。表面的制备和处理的目的是要得到较光滑、干净的理想表面，但具体的工艺因样品而异，这里不作更多的介绍。这里主要介绍一些常用的接触角测定方法，它们都是针对气—液—固体系的接触角而设计的。但其中有些方法，只需略加修改，亦适用于液—液—固体系接触角的测定。测定接触角有多种方法，可根据直接测定物理量分为四类：⑴ 静滴法（角度测量法）、⑵ 高度、长度测量法⑶ 力测法⑷ 透过测量法。前三种适用于连续的平滑固体表面，后一种方法可用于粉末固体表面接触角的测定。

（一）量角法

液滴角度测量法是测量接触角的最常用的方法之一，该方法是将固体表面上的液滴，或将浸入液体中的固体表面上形成的气泡投影到屏幕上，然后直接测量切线与相界面的夹角，直接测量接触角的大小。

如果液体蒸气在固体表面发生吸附，影响固体的表面自由能，则应把样品放入带有观察窗的密封箱中，待体系达平衡后再进行测定。此法的优点是：样品用量少，仪器简单，测量方便。准确度一般在土1^o左右。

（二）量高法

如果液滴很小，重力作用引起液滴的变形可以忽略不计，这时的躺滴可认为是球形的一部分，如图4所示。接触角可通过高度的测量按下式计算：

式中h是液滴高度，d是滴底的直径。若液滴体积小于10^-4mL，此方法可用。若接触角小于90^o，则液滴稍大亦可应用。

（三）仪器测量方法

1.接触角多元化分析方式：全自动拟合法，半自动拟合法，手动水平测量，手动斜面测量；

2.多元化软件计算方法：圆环拟合法(40度以下)；椭圆拟合法(40-120度)；Young-Lapalacer拟合法(120度以上)；

3.的表面自由能计算：Fowks法，OWRK法，ZismanPlot法，EOS法（软件中预装部分液体数据库，可扩展）；

4.一键式软件测量操作： 【按空格键】--打开摄像头； 【按1键】--的控制滴液；【按2键】--高精度的进行全自动测量；

5.不规则产品测量拓展：凹凸面测量，曲面测量，滚动角测量,前进角后退角测量，高温接触角测量；

6.高速拍照方式：单张/连续/录像；录像任意电影单张导出；录像视频可自动快速测量；

7.细致化数据库管理：导出Excel表格数据 word图片数据；图片文字显而易见。

二. 接触角测量方法

1.座滴法（sessile drop）；

2.悬滴法（pendant drop）；

3.薄膜法（lamella method）；

4.掳泡法（Captive bubble method）；

5.包覆纤维法（wetted fiber）；

6.纤维座滴法（sessle fiber drop）；

7.附着滴法（captive bubble）；

三. 表面张力的测定

式中d_c是悬滴外形的直径，d_s是与悬滴底部顶点的垂直距离等于d_c处的直径，如图6所示，β和b分别是Bashforth－Adams方程中的形状因子和大小因子。