CN110907246A - 一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法 - Google Patents

一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法。本发明提供的适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置包括转台、定平台、样件槽、制样系统、清洗系统、震动系统、卡紧装置、称重传感器。本发明制样系统可实现沥青类高黏物质接触角测试样品连续化稳定制样。激光测厚实现制样成膜厚度可控，保证所制试样稳定减小试验误差。定平台的底层加热系统可实现不同温度下的接触角测试。本发明提供的适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置的制样高效，大幅度节省制样时间，避免传统制样方法厚度不可控、制样耗时长等弊端。

Description

一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用 方法
技术领域
本发明属于沥青测试技术领域，特别涉及一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法。
背景技术
沥青表面能理论是研究沥青与石料粘附及水稳定性的经典理论之一。通过将表面能参数已知的试剂滴定在平滑无染的沥青表面，通过接触角测试仪器测出试剂在沥青表面的接触角，可根据杨氏方程计算出沥青材料的表面自由能，这对沥青及沥青混合料水稳定性的研究具有重要作用。
接触角测试对试样制备具有很高的要求，试样光滑平整测试越准确，且沥青材料黑色界面会增加识别难度，因此其测试结果亦会受试样成膜厚度影响。由于沥青类材料具有高黏的特征，将其制备成平整、光滑、轻薄的成膜层难度较大。传统制样方法费时费力、膜厚无法准确控制更不能实现批量化制备稳定试样。如能开发出一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法，则对提高沥青类物质接触角测量的准确性大有裨益。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法，所述装置及其使用方法具有实现制样膜厚可控、批量化成样，可在不同温度下进行接触角测试的有益效果。
技术方案：
一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置，包括：转台、定平台、样件槽、制样系统、清洗系统、震动系统、卡紧装置、称重传感器、样模；
转台配有回转驱动系统，转动幅度根据样件之间的角度而设置；定平台下方设置有加热丝，样件槽置于定平台内以实现对样件的加热。
进一步的，制样系统包括安装轴、滴样系统和刮样系统，其中：滴样系统包括喷嘴安装立柱、喷嘴安装伸缩立柱、下料口，下料口的宽度与样模内矩形凹槽宽度一致；刮样系统包括刮刀水平轴、刮刀伸缩轴、旋转关节、刮刀安装立柱、刮刀伸缩立柱、刮刀、激光测厚传感器，当滴样完毕后转台旋转一定角度使刮样系统在样模正上方，刮样系统水平宽度、垂直高度均可调节，且旋转关节实现刮刀不同角度的旋转，刮刀外表面涂覆与沥青接触角大于90°的材料使沥青不易在刮刀上铺展开来，首先通过刮刀在样模表面的水平移动使沥青均匀分散成膜，而后激光测厚传感器进行厚度测量，满足预期厚度后刮样结束，不满足预期厚度时继续重复刮样直至厚度符合要求，刮样结束后，刮刀旋转至水平进入清洗系统。样模内矩形凹槽面积已知，根据预期膜厚高度预计成膜体积，乘以材料密度得到滴样质量，由此使得控制滴样系统释放滴样质量与预期质量一致，且放样时滴样系统高度可调。
进一步的，清洗系统包括擦拭立轴、水平轴、水平伸缩轴、安装轴、擦拭块，其中：擦拭立轴高度与刮刀水平轴高度一致，刮样结束后，刮刀水平轴收缩，旋转关节旋转至刮刀与与擦拭块相对，刮刀深入擦拭块内清洗残余沥青。
进一步的，震动系统包括震动框架和振动子，滴样完成后启动震动系统，通过震动使沥青在试件表面预分散均匀，卡紧装置置于样件槽内以确定试件位置及卡紧，称重传感器位于样件槽槽底部用于称量实际滴样质量，样模为内置矩形凹槽的矩形试件。
上述适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置的使用方法：将待测试接触角样模放入样件槽内，启动加热丝加热，旋转角度至滴样下料口置于样模正上方，释放一定质量的待测物质，称重传感器进行实际质量校正及膜厚预估，启动震动系统对其进行震动预分散，转台旋转至将刮刀位于样模上方，下放刮刀至样模表面往复运动使待测物质均匀分散成膜，激光测量厚度满足预期要求停止刮样，不符合继续刮样，刮样结束后，移动刮刀至擦拭块处，往复运动进行刮刀清洗，旋转转台至下一样模位置，重复上述步骤进行后续试样制备。
进一步的，放样质量判别方法如下：
待测物质密度ρ已知，样模内矩形凹槽的底面积S已知，预期成膜厚度为h，涂覆预期h厚度需要样品质量m＝ρ*S*h，考虑到放样过程中的样品黏附，采用富裕参数w来消除粘附影响，释放样品质量m’＝m*(1+w)。
进一步的，停止刮样判别方法：通过称重传感器获得实际样模中的样品质量m0，每完成一次刮涂后获取样品在样模上的实时质量mi，当实时质量mi与预期质量m满足m-mi≤η时进行激光测厚，η为预先设定的允许误差范围，当实时膜厚测量厚度hi与预期膜厚h之比小于等于某一设定值，即可判断成膜厚度满足停止刮样。
借由上述技术方案，本发明的有益效果如下：
本发明适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法可实现连续化稳定制样。激光测厚实现制样成膜厚度可控，保证所制试样稳定减小试验误差。底层加热系统可实现不同温度下的接触角测试。该装置制样高效，大幅度节省制样时间，避免传统制样方法厚度不可控、制样耗时长等弊端。
附图说明
图1是定平台示意图，其中J是加热丝；
图2是滴样系统示意图，其中：1是定平台，4是安装轴，4-1是喷嘴安装立柱，4-2是喷嘴安装伸缩柱，4-3是下料口；
图3是刮样系统的侧视示意图(a)和俯视示意图(b)，其中：4-4是刮刀水平轴，4-5是刮刀伸缩轴，4-6是旋转关节，4-7是刮刀安装立柱，4-8是刮刀伸缩立柱，4-9是刮刀，4-10是激光测厚传感器；
图4是清洗系统示意图，其中：5-1是擦拭立轴，5-2是水平轴，5-3是水平伸缩轴，5-4是安装轴，5-5是擦拭块；
图5是震动系统示意图，其中：6-1是震动子6-2是震动框架；
图6是样模示意图；
图7是适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置的整体结构示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明提供的一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法进行详细描述。以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置包括：转台、定平台、样件槽、制样系统、清洗系统、震动系统、卡紧装置、称重传感器、样模。
转台配有回转驱动系统，转动幅度根据样件之间的角度而设置。定平台下方含有加热丝，具有加热功能，样件槽置于其内，可实现对样件的加热功能，样件槽用于盛放样模。
制样系统包括安装轴、滴样系统和刮样系统。其中滴样系统包括喷嘴安装立柱、喷嘴安装伸缩立柱、下料口，其中下料口的宽度与样模内矩形凹槽宽度一致。刮样系统包括刮刀水平轴、刮刀伸缩轴、旋转关节、刮刀安装立柱、刮刀伸缩立柱、刮刀、激光测厚传感器。样模内矩形凹槽面积已知，根据预期膜厚高度可以预计成膜体积，乘以材料密度可以得到滴样质量，由此使得控制滴样系统释放滴样质量与预期质量一致，且放样时滴样系统高度可调。当滴样完毕后转台旋转一定角度使刮样系统在样模正上方。刮样系统水平宽度、垂直高度均可调节，且旋转关节可实现刮刀不同角度的旋转。刮刀外表面会涂覆与沥青接触角大于90°的材料使沥青不易在刮刀上铺展开来。首先通过水平具体控制使得刮刀在样模表面来回移动使沥青均匀分散成膜，而后激光测厚传感器会进行厚度测量，满足预期厚度后刮样结束，不满足预期厚度时继续重复刮样直至厚度符合要求。刮样结束后，刮刀旋转至水平进入清洗系统。
清洗系统包括擦拭立轴、水平轴、水平伸缩轴、安装轴、擦拭块。其中擦拭立轴高度与刮刀水平轴高度一致。刮样结束后，刮刀水平轴收缩，旋转关节旋转至刮刀与与擦拭块相对，刮刀深入擦拭块内清洗残余沥青。
震动系统包括震动框架和振动子。滴样完成后启动震动系统，通过震动使沥青在试件表面预分散均匀。卡紧置于试件槽内以确定试件位置及卡紧。称重传感器位于试件槽底部用于称量实际滴样质量。样模为内置一定厚度矩形凹槽的矩形试件。
一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法，其使用方法为：将待测试接触角样模放入样件槽内，启动加热丝加热，旋转角度至滴样下料口置于样模正上方，释放一定质量的待测物质，称重传感器进行实际质量校正及膜厚预估。启动震动系统对其进行震动预分散，转台旋转至将刮刀位于样模上方，下放刮刀至样模表面往复运动使待测物质均匀分散成膜，激光测量厚度满足预期要求停止刮样，不符合继续刮样。刮样结束后，移动刮刀至擦拭块处，往复运动进行刮刀清洗。旋转转台至下一样模位置，重复上述步骤进行后续试样制备。
一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法，其特征在于，放样质量和停止刮样的判别方法如下：
待测物质密度ρ已知，样模内矩形凹槽的底面积S已知，预期成膜厚度为h，因此可以确定，涂覆预期h厚度需要样品质量m＝ρ*S*h，考虑到放样过程中的样品黏附，采用富裕参数w来消除粘附影响，因此释放样品质量m’＝m*(1+w)。
停止刮样判别方法：通过称重传感器可以获得实际样模中的样品质量m0，每完成一次刮涂后获取样品在样模上的实时质量mi，当实时质量mi与预期质量m满足m-mi≤η时进行激光测厚，η为预先设定的允许误差范围。当实时膜厚测量厚度hi与预期膜厚h之比小于等于某一设定值，即可判断成膜厚度满足，可以停止刮样。
实施例1
一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置及使用方法，其特征在于，包括：转台、定平台、样件槽、制样系统、清洗系统、震动系统、卡紧、称重传感器、样模。
将待测试接触角样模放入样件槽内，启动加热丝加热，旋转角度至滴样下料口置于样模正上方，释放一定质量的待测物质，称重传感器进行实际质量校正及膜厚预估。该沥青样品密度为1.18g/cm3，样模底面积为15cm2，预期膜厚0.5mm，富裕系数10％，因此预期质量＝8.85g，放样质量为9.735g。启动震动系统对其进行震动预分散，转台旋转至将刮刀位于样模上方，下放刮刀至样模表面往复运动使待测物质均匀分散成膜，刮涂1次后样模上样品质量为8.934g，刮涂两次后质量为8.786g，此时样品质量与预期质量之差＝0.064g＜设置的允许误差范围0.08g，因此进入激光测量厚度，实际厚度h＝0.495mm满足预期要求停止刮样。刮样结束后，移动刮刀至擦拭块处，往复运动进行刮刀清洗。旋转转台至下一样模位置，重复上述步骤进行后续试样制备。
沥青本发明的装置和方法，制备10个接触角样品仅用时30h，且各样品见厚度均匀，测试准确度高。制备相同量试样传统方法需用时1-2d，且样品厚度均匀性无法保证。
上面结合实施例对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出的各种变化，也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置，其特征在于，包括：转台、定平台、样件槽、制样系统、清洗系统、震动系统、卡紧装置、称重传感器、样模；
转台配有回转驱动系统，转动幅度根据样件之间的角度而设置；定平台下方设置有加热丝，样件槽置于定平台内以实现对样件的加热。
2.根据权利要求1所述的适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置，其特征在于，制样系统包括安装轴、滴样系统和刮样系统，其中：滴样系统包括喷嘴安装立柱、喷嘴安装伸缩立柱、下料口，下料口的宽度与样模内矩形凹槽宽度一致；刮样系统包括刮刀水平轴、刮刀伸缩轴、旋转关节、刮刀安装立柱、刮刀伸缩立柱、刮刀、激光测厚传感器，当滴样完毕后转台旋转一定角度使刮样系统在样模正上方，刮样系统水平宽度、垂直高度均可调节，且旋转关节实现刮刀不同角度的旋转，刮刀外表面涂覆与沥青接触角大于90°的材料使沥青不易在刮刀上铺展开来；样模内矩形凹槽面积已知，根据预期膜厚高度预计成膜体积，乘以材料密度得到滴样质量，由此使得控制滴样系统释放滴样质量与预期质量一致，且放样时滴样系统高度可调，首先通过刮刀在样模表面的水平移动使沥青均匀分散成膜，而后激光测厚传感器进行厚度测量，满足预期厚度后刮样结束，不满足预期厚度时继续重复刮样直至厚度符合要求，刮样结束后，刮刀旋转至水平进入清洗系统。
3.根据权利要求2所述的适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置，其特征在于，进一步的，清洗系统包括擦拭立轴、水平轴、水平伸缩轴、安装轴、擦拭块，其中：擦拭立轴高度与刮刀水平轴高度一致，刮样结束后，刮刀水平轴收缩，旋转关节旋转至刮刀与与擦拭块相对，刮刀深入擦拭块内清洗残余沥青。
4.根据权利要求1或3所述的适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置，其特征在于，震动系统包括震动框架和振动子，滴样完成后启动震动系统，通过震动使沥青在试件表面预分散均匀，卡紧装置置于样件槽内以确定试件位置及卡紧，称重传感器位于样件槽槽底部用于称量实际滴样质量，样模为内置矩形凹槽的矩形试件。
5.一种适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置的使用方法，其特征在于，所述适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置如权利要求4所述，将待测试接触角样模放入样件槽内，启动加热丝加热，旋转角度至滴样下料口置于样模正上方，释放一定质量的待测物质，称重传感器进行实际质量校正及膜厚预估，启动震动系统对其进行震动预分散，转台旋转至将刮刀位于样模上方，下放刮刀至样模表面往复运动使待测物质均匀分散成膜，激光测量厚度满足预期要求停止刮样，不符合继续刮样，刮样结束后，移动刮刀至擦拭块处，往复运动进行刮刀清洗，旋转转台至下一样模位置，重复上述步骤进行后续试样制备。
6.根据权利要求5所述的适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置的使用方法，其特征在于，放样质量判别方法如下：
待测物质密度ρ已知，样模内矩形凹槽的底面积S已知，预期成膜厚度为h，涂覆预期h厚度需要样品质量m＝ρ*S*h，考虑到放样过程中的样品黏附，采用富裕参数w来消除粘附影响，释放样品质量m’＝m*(1+w)。
7.根据权利要求6所述的适用于沥青类高黏物质接触角测试样品制备装置的使用方法，其特征在于，停止刮样判别方法：通过称重传感器获得实际样模中的样品质量m0，每完成一次刮涂后获取样品在样模上的实时质量mi，当实时质量mi与预期质量m满足m-mi≤η时进行激光测厚，η为预先设定的允许误差范围，当实时膜厚测量厚度hi与预期膜厚h之比小于等于某一设定值，即可判断成膜厚度满足停止刮样。
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