动态接触角张力仪

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1、动态接触角张力仪实验基本介绍润湿是一种流体取代界面上另一种流体的界面现象，通常是指液体从固体表面取代气体的过程[1]。润湿性在各领域应用都很广泛，在涂层镀膜、石油开采、矿物浮选、非均相沸腾和蒸汽冷凝、染整、胶片制造等技术中扮演着关键性角色。润湿过程涉及到固液的表面性质和分子间的相互作用。接触角是表征润湿性的重要指标。接触角是指将一滴水滴到一水平光滑的固体表面时，若液滴不完全润湿固体表面，固体表面上的固液气三相交界点处，气液界面和固液界面两切线把液相夹在其中时所形成的角。人们通过液滴形状观察法测量静态接触角。但润湿是一个动态的过程，液体在前进或后退时，接触角会发生变化，存在滞后现象。随着人

2、们对接触角滞后性的研究，动态接触角的应用日益广泛。1863年Wilhelmy首次提出吊片法，经发展该技术已日趋成熟，成为广泛使用的测量动态接触角的方法。当一固体部分插入一液体时，液体会沿着固体的垂直壁上升(亲液)或下降(疏液)，Wilhelmy法就是测定液体对固体的拉力(推力)—润湿力的方法来间接测定接触角。Wilhelmy技术一直为化学家用以研究气体—液体—固体界面的性能。此技术原理可靠，测量准确，近些年来技术逐步完善，并实现了微动力天平与电子技术的完美结合。CDCA-100F就是在这些情况下产生的一种测量单纤维表面接触角、表面能量以及其他多项性能指标的仪器。测量原理即为Wilhelm

3、y原理。实验内容预习实验原理如图所示，当固体进入液体中时，固体表面受到三种力的作用：固体自身的重力，固体浸没部分的浮力，固体与液体的界面张力，如果固体的截面积为w*t(widthxthickness)，浸没高度为h，则固体所受的力为：F固体=重力-浮力+界面张力=(rplwt)×g-(rLhwt)×g+2×(w+t)×s×cosθ在仪器测试前天平会自动调节平衡，即消除被测样品重力的影响。则上面方程式可以表示为：F=-(rLhwt)×g+2×(w+t)×s×cosθ如果当浮力等于零时，则得出力F和θ的关系：F=2×(w+t)×s×cosθ=L×cosθs=F/L*cosθ其中：假定被测物体

4、的润湿长度为L=2(w+t)，浸入深度为h，F为润湿拉力，s为测试液体的表面张力。当固体与液体表面接触时，液体与固体表面形成的接触角为零，则表面张力为：s=F/L实验内容1单纤维动态接触角测量（1）挑选没有弯曲的纤维，测量纤维直径。将纤维夹在仪器专用夹持器中间，露出纤维长度5mm，纤维与夹持器垂直，将夹持器插入仪器上方的插孔中。将测试液体倒入专用的玻璃皿中放入电机控制的平台上。（2）运行CDCA-100F工作软件，点击Contact-Angle(WilhelmyMethod)，设置工作参数：·StopAt–测量前液体和纤维间的距离，一般5-10mm。·ApproachSampleAt–测

5、量时液体与纤维相互接近的速度，一般为0.2mm/s。·Accept–液体与纤维接触时仪器测量到的重量，一般为10mg。·ImmerseSampleAt–纤维浸没速度。·ImmerseSampleto–纤维浸没深度，一般为3mm。·WaitAtMaxImmersion–纤维在最深处停留时间，默认值为2seconds。·WithdrawSampleTo–纤维离开液面的距离，默认值为-1mm。·Test-Liquid–测试液体种类及密度。然后点击界面右侧的SetDefaults输入纤维直径，点击Proceed进入测量界面。点击New，建立新的测量界面，点击Start开始测量。仪器会先将纤维的重

6、力清零，然后电机带动液体向上运动，与纤维接触，开始自动测量。测量中，纤维上每点处测得的接触角、润湿力等数值会在结果栏中动态显示。软件自动画出力-距离或接触角-距离曲线。2表面张力测量（1）将被测液体倒入专用玻璃皿中2/3左右即可。将测试用的铂铱片在酒精灯上烧烤消毒去除杂质，冷却后插入仪器插孔内。（2）运行CDCA-100F工作软件，点击Surface–TensionUsingAPlate，设置工作参数：·StopAt–测量前液体和铂铱片间的距离，一般5-10mm。·ApproachPlateAt–测量时液体与铂铱片相互接近的速度，一般为0.2mm/s。·Accept–液体与铂铱片接触时仪

7、器测量到的重量，默认值为25mg。·ImmersePlateTo–铂铱片浸没深度，一般为2mm。·ReturnToSurfaceAt–铂铱片回到液体表面的速度。·DurationAtSurface–铂铱片在液面停留时间，一般为60seconds。·Test-Liquid–测试液体种类及密度。然后点击界面右侧的Proceed进入测量界面。点击New，建立新的测量界面，点击Start开始测量。仪器会先将铂铱片重力清零，然后电机带动液体向