CN102507393B - 一种涂层表面接触角测量装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涂层表面接触角测量装置及测试方法，包括上部组合块、下部组合块、两块试片；所述的下部组块上设有两个平行的沟槽Ⅰ，所述的上部组块设有两个平行的沟槽Ⅰ，所述的试片通过沟槽Ⅰ和上部组合块、下部组块连接，在两平行试片之间形成窄缝，窄缝宽度与沟槽Ⅰ间距相同，沟槽Ⅰ宽度与试片厚度相同。将涂层表面接触角测量装置竖直放入盛有液体的容器中，待液面静止后，测量窄缝内液面高度，测量窄缝外液面高度，计算出窄缝内外液面高度差；计算出涂层与液体的接触角，本发明具有设备简单、操作方便、测试效率高、可拆卸、节省空间，经济性好的优点，适用于不同涂层表面特性的接触角的测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层表面接触角测量装置及测试方法，属于材料性能评价试验设备技术领域。
背景技术
接触角是反应涂料层表面特性的重要参数，涂料的设计、使用过程中经常需要测量接触角的数值。用于涂层表面接触角的测量装置并不多见，现有材料表面接触角的测量装置，如对比文献（1）CN 101539502 B〔P〕、（2）CN 201811902 U〔P〕所介绍的是利用液滴体积和接触角的一一对应关系，得到多个对应于不同接触角的液滴的轮廓，建立液滴轮廓与接触角对应关系的数据库，然后将被测液滴的轮廓与数据库中液滴轮廓相对比，从而得到液体的接触角。测试装置一般包括加样系统、摄像系统和数据采集及计算机处理系统，所需设备较多，操作相对较复杂，摄像系统易老化，成像质量对测试结果影响较大。测试之前对每种材料需建立相应的数据库，测试工作量大，影响测试效率。因此，有必要开发一种操作简单、方便快捷，成本低廉，适用于研究不同涂层表面特性的接触角测量装置及测试方法。
发明内容
针对上述的不足，本发明提供一种涂料表面接触角测量装置和测试方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种涂层表面接触角测量装置，包括上部组合块、下部组合块、两块试片；所述的下部组块上设有两条平行的沟槽Ⅰ，所述的上部组块设有两条平行的沟槽Ⅰ，所述的试片通过沟槽Ⅰ和上部组合块、下部组块连接，试片间为平行窄缝，平行窄缝宽度与沟槽Ⅰ间距相同，沟槽Ⅰ宽度与试片厚度相同。
所述的试片为方形平板形状，尺寸为长度50～100 mm，高度50～80 mm。
试片间的平行窄缝宽度为1～2mm，窄缝上部组合块在与窄缝垂直的竖直面上设有一竖直向下的沟槽Ⅱ, 沟槽Ⅱ中心位置位于两平行沟槽Ⅰ之间的中点处，以限制测试窄缝内液面高度的钢丝竖直向下，并指向液面中心处。所述的上部组合块、下部组合块为边长介于5～20mm之间的长方体。所述的平行沟槽Ⅰ深度为2～8mm，宽度为0.5～3 mm。
一种涂层表面接触角测试方法，按如下步骤进行：将基片清洗烘干，将涂料均匀涂装在基片上，待涂层完全干燥固化后，试片即制作完成；
将涂层试片与组合块组装在一起，形成宽为1～2mm 的窄缝，有涂层的一侧位于窄缝内；
将涂层表面接触角测量装置竖直放入盛有液体的容器中，待液面静止后，测量窄缝内外液面高度，计算出窄缝内外液面高度差；
由计算出涂层与液体的接触角，其中h为窄缝内外液面高度差；ρ为液体比重；g为重力加速度；d为窄缝的宽度；α为液体的表面张力系数；θ为液体与所接触固体表面的接触角。盛有液体的容器中液体的深度大于组合块高度的1.5倍。
本发明的工作原理：
竖直放置于液体中的两平行板构成的窄缝，当达到受力平衡状态时，窄缝内外液面高度差满足：，即其中h为窄缝内外液面高度差；ρ为液体比重；g为重力加速度；d为窄缝的宽度；α为液体的表面张力系数；θ为液体与所接触固体表面的接触角。测得处于平衡状态窄缝内外液面高度差h，即可计算出液体与所接触表面的接触角θ。
本发明的有益效果： 1.该装置具有设备结构简单、易于加工制作、成本低廉、可拆卸、节省空间、设备不需要专门的维护与保养、经济性好。2.设备操作简单，测试人员无需专门培训，测试效率高，测试精度能满足科研、生产实际需求，适用范围广，可作为研究不同涂层表面特性的接触角测量装置及测试方法。
附图说明
图1为本发明涂层表面接触角测量装置结构示意图；
图2为本发明涂层表面接触角测量装置的主视图；
图3为本发明涂层表面接触角测量装置的左视图；
图4为本发明涂层表面接触角测量装置的俯视图；
其中：1.下部组合快；2.上部组合快；3.试片；4.沟槽Ⅰ；5.沟槽Ⅱ； 6.窄缝; 7.盛装液体的容器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
图1为涂层表面接触角测试装置示意图，包括下部组合块1、上部组合块2、试片3。将被测涂料涂装在试片3的基片上，把试片3的上下两边分别卡在下部组合块1和上部组合块2的平行沟槽Ⅰ4内，形成1～2mm宽的窄缝6，试片3有涂层的一侧位于窄缝6内。将涂层表面接触角测试装置竖直放置在盛装液体的容器7中，达到平衡状态时，窄缝6内外液面形成一定的高度差，用直尺测出窄缝6外液面高度，用细钢丝沿上部组合块2的竖直沟槽Ⅱ5插入窄缝内，测出窄缝内液面高度，计算出窄缝内外液面高度差h，由求出接触角，其中h为窄缝6内外液面高度差；ρ为液体比重；g为重力加速度；d为窄缝6的宽度；α为液体的表面张力系数；θ为液体与所接触固体表面的接触角。
实施例1
本实施例所用涂层表面接触角测试装置试片3采用的基片是两块尺寸为60mm×50mm，厚度为1mm的钢板，在钢板上涂装一种防腐导电涂料，制成试片3。所用3个组合块尺寸均为10mm3的木块，其上均开两条长为10mm，宽为1mm，深度为7mm的两个平行沟槽Ⅰ4，两平行沟槽Ⅰ4间距为1.5mm。其中上部组合块2在与窄缝6垂直的面上开有一条竖直向下的沟槽Ⅱ5，竖直方向长10mm，水平和垂直方向为0.5mm，沟槽Ⅱ5的中心位置位于两平行沟槽Ⅰ4之间的中点处。试片3与下部组合块1和上部组合块2组装成宽度为1.5mm的窄缝，有涂层的一侧位于窄缝6内。将涂层表面接触角测试装置竖直放置入盛水容器中，测试装置放入前水深为20mm。待液面静止后用直径为0.5mm的钢丝沿上部组合块2上的竖直沟槽Ⅱ5插入窄缝6内，标定窄缝6内液面高度，测量窄缝6外液面高度，计算出窄缝6内外液面高度差h，求出防腐导电涂料制成的涂层的接触角θ。
具体测试操作步骤：
1、将本实施例所述试片的基片清洗烘干，将防腐导电涂料均匀涂装在基片的一侧上，待涂层完全干燥固化后，试片3即制作完成。
2、将涂层试片3与下部组合块1、上部组合块2组装在一起，形成宽为1.5mm的窄缝6，有涂层的一侧位于窄缝6内。
3、将涂层表面接触角测试装置竖直放入本实施例所述盛水容器7中，待液面静止后，用直径为0.5mm的钢丝沿上部组合块2的竖直向下沟槽Ⅱ5插入窄缝6内，标定窄缝6内液面高度，测量窄缝6外液面高度，计算出窄缝6内外液面高度差h。
4、由计算出防腐导电涂料涂层的接触角，其中h为窄缝6内外液面高度差；ρ为液体比重；g为重力加速度；d为窄缝6的宽度；α为液体的表面张力系数；θ为液体与所接触固体表面的接触角。
实施例2
本实施例所用接触角测试装置试片3采用的基片是两块尺寸为100mm×80mm厚度为1.5mm的玻璃片，在玻璃片上涂装一种防腐导电涂料，制成试片3。所用3个组合块尺寸均为15×15×10mm3的木块，其上均开两条长为15mm，宽为1.5mm，深度为8mm的两个平行沟槽Ⅰ4，两平行沟槽Ⅰ4的间距为2.0mm。其中上部组合块2在与窄缝6垂直的面上开有一条竖直向下的沟槽Ⅱ5，竖直方向长10mm，水平和垂直方向为0.5mm，沟槽Ⅱ5的中心位置位于两平行沟槽Ⅰ4之间的中点处。试片3与组合块组装成宽度为2.0mm的窄缝6，有涂层的一侧位于窄缝6内。将测试装置竖直放入盛水容器中，测试装置放入前水深为25mm。待液面静止后用直径为0.5mm的钢丝沿上部组合块2上的竖直沟槽Ⅱ5插入窄缝6内，标定窄缝6内液面高度，测量窄缝6外液面高度，计算出窄缝6内外液面高度差h，求出防腐导电涂料制成的涂层的接触角。
具体测试操作步骤：
1、将本实施例所述试片基片清洗烘干，将防腐导电涂料均匀涂装在基片上，待涂层完全干燥固化后，试片3即制作完成。
2、将试片3与组合块组装在一起，形成宽为2.0mm的窄缝6，有试片3有涂层的一侧位于窄缝6内。
3、将测试装置竖直放入本实施例所述盛水容器中，待液面静止后，用直径为0.5mm的钢丝沿上部组合块2的竖直向下沟槽Ⅱ5插入窄缝6内，标定窄缝6内液面高度，测量窄缝6外液面高度，计算出窄缝6内外液面高度差h。
4、由计算出防腐导电涂料涂层的接触角，其中h窄缝内外液面高度差；ρ为液体比重；g为重力加速度；d为窄缝的宽度；α为液体的表面张力系数；θ为液体与所接触固体表面的接触角。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种涂层表面接触角测量装置，其特征是：包括上部组合块、下部组合块、两块试片；所述的下部组合块上设有两个平行的沟槽Ⅰ，上部组合块设有两个平行的沟槽Ⅰ，下部组合块的沟槽Ⅰ与上部组块的沟槽Ⅰ尺寸相等，所述的试片通过沟槽Ⅰ和上部组合块、下部组合块连接，试片间为平行窄缝，平行窄缝宽度与沟槽Ⅰ间距相同，沟槽Ⅰ宽度与试片厚度相同。
2.如权利要求1所述的涂层表面接触角测量装置，其特征是：所述的试片为方形平板形状，尺寸为长度50～100mm，高度50～80mm。
3.如权利要求1所述的涂层表面接触角测量装置，其特征是：所述的试片间的平行窄缝宽度为1～2mm，窄缝上部组合块在与窄缝垂直的竖直面上有一竖直向下的沟槽Ⅱ，沟槽Ⅱ中心位置位于两平行沟槽Ⅰ之间的中点处。
4.如权利要求1所述的涂层表面接触角测量装置，其特征是：所述的上部组合块、下部组块为边长介于5～20mm之间的长方体。
5.如权利要求1所述的涂层表面接触角测量装置，其特征是：所述的平行沟槽Ⅰ深度为2～8mm，宽度为0.5～3mm。
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