親水角測試儀

液體在固體材料表面上的接觸角, 是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數(shù)。通過接觸角的測量可以獲得材料表面固-液、固-氣界面相互作用的許多信息。接觸角測量技術(shù)不僅可用于常見的表征材料的表面性能, 而且接觸角測量技術(shù)在石油工業(yè)、浮選工業(yè)、芯片產(chǎn)業(yè)、低表面能無毒防污材料、油墨、化妝品、農(nóng)藥、印染、造紙、織物整理、洗滌劑、噴涂、污水處等領(lǐng)域有著應(yīng)用。
若θ<90°，則固體表面是親水性的，即液體較易潤濕固體，其角越小，表示潤濕性越好；若θ>90°，則固體表面是疏水性的，即液體不容易潤濕固體，容易在表面上移動(dòng)。至于是否液體能進(jìn)入毛細(xì)管，這個(gè)還與具體液體有關(guān)，并非所有液體在較大夾角下*不進(jìn)入毛細(xì)管。[1]

潤濕過程與體系的界面張力有關(guān)。一滴液體落在水平固體表面上，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，形成的接觸角與各界面張力之間符合下面的楊氏公式

γSV= γSL+ γLV×cosθe

由它可以預(yù)測如下幾種潤濕情況：

1）當(dāng)θ=0，*潤濕；

2）當(dāng)θ﹤90°，部分潤濕或潤濕；

3）當(dāng)θ=90°，是潤濕與否的分界線；

4）當(dāng)θ﹥90°，不潤濕；

5）當(dāng)θ=180°，*不潤濕。

毛細(xì)現(xiàn)象中液體上升、下降高度h。h的正負(fù)表示上升或下降。

浸潤液體上升，接觸角為銳角；不浸潤液體下降，接觸角為鈍角。

上升高度h=2*表面張力系數(shù)/（液體密度*重力加速度g*液面半徑R）。

上升高度h=2*表面張力系數(shù)*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細(xì)管半徑r）。

潤濕性問題與采礦浮選、石油開采、紡織印染、農(nóng)藥加工、感光膠片生產(chǎn)、油漆配方以及防水、洗滌等都有密切關(guān)系。

T
接觸角現(xiàn)有測試方法通常有兩種:其一為外形圖像分析方法;其二為稱重法.后者通常稱為潤濕天平或滲透法接觸角儀.但目前應(yīng)用廣泛,測值直接與準(zhǔn)確的還是外形圖像分析方法.

外形圖像分析法的原理為,將液滴滴于固體樣品表面,通過顯微鏡頭與相機(jī)獲得液滴的外形圖像, 再運(yùn)用數(shù)字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計(jì)算出來.

計(jì)算接觸角的方法通?；谝惶囟ǖ臄?shù)學(xué)模型如液滴可被視為球或圓椎的一部分,然后通過測量特定的參數(shù)如寬/高或通過直接擬合來計(jì)算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內(nèi)、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關(guān)系，可用來準(zhǔn)確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓，從而計(jì)算出其接觸角。

接觸角測量方法可以按不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。按照直接測量物理量的不同,可分為量角法、測力法、長度法和透過法。按照測量時(shí)三相接觸線的移動(dòng)速率,可分為靜態(tài)接觸角、動(dòng)態(tài)接觸角(又分前進(jìn)接觸角和后退接觸角)和低速動(dòng)態(tài)接觸角。按照測試原理又可分為靜止或固定液滴法 、Wilhemly板法 、捕獲氣泡法、毛細(xì)管上升法和斜板法。
另外機(jī)械上常指軸承接觸角：

在球軸承中，球與內(nèi)外圈溝道的接觸，一般各為一點(diǎn)。接觸點(diǎn)連線沿溝道法線并且通過球中心。外部負(fù)荷則沿著該直線，由一個(gè)套圈傳遞至另一個(gè)套圈，因此，人們稱之為軸承壓力線，并將壓力線與徑向平面之間的二面角稱為壓力角。

在滑動(dòng)軸承中，是指軸頸與滑動(dòng)軸承的接觸面所對的圓心角。接觸角不可太大也不可太小。接觸角太小會(huì)使滑動(dòng)軸承壓強(qiáng)增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使滑動(dòng)軸承產(chǎn)生較大的變形，加速磨損，縮短使用壽命；接觸角太大，會(huì)影響油膜的形成，得不到良好的液體潤滑。試驗(yàn)研究表明，滑動(dòng)軸承接觸角的極限是120°。當(dāng)滑動(dòng)軸承磨損到這一接觸角時(shí)，液體潤滑就要破壞。因此在不影響滑動(dòng)軸承受壓條件的前提下，接觸角愈小愈好。從摩擦力矩的理論分析，當(dāng)接觸角為60°時(shí)，摩擦力矩小，因此建議，對轉(zhuǎn)速高于500r/min的滑動(dòng)軸承，接觸角采用60°，轉(zhuǎn)速低于500r/min的滑動(dòng)軸承，接觸角可以采用90°，也可以采用60°。

由于其摩擦力矩小所以在工程建設(shè)中廣泛運(yùn)用于防水分項(xiàng)工程，在防水分項(xiàng)工程底基層施工時(shí)，地面與墻面的接觸角通常做成R角形狀以達(dá)到防水的作用。
任何兩相物體相接處時(shí)，接觸面的表面張力就表現(xiàn)為界面張力。用表示。

當(dāng)氣體在水中固體表面附著并達(dá)到平衡時(shí)，任意兩相之間的界張力

可以看出，當(dāng)3個(gè)力達(dá)到平衡時(shí)，有如下的平衡方程式，即：

固氣= 固液+ 液氣式中，固氣、液氣和固液分別為固-氣、和固-液界面的表面張力（或表面自由能）；為接觸角。這一平衡狀態(tài)方程式楊氏在1805年確定的，稱為楊氏方程。

上式表明，接觸角式三個(gè)相界面自由能的函數(shù)，它既與礦物表明性質(zhì)有關(guān)，也與液相、氣相的界面性質(zhì)有關(guān)。凡是恩能夠因其任何三相界面自由能改變的因素，都額可以影響礦物表面的潤濕性。

接觸角度量與礦物可浮性的關(guān)系。根據(jù)楊氏方程，由θ的大小，可以度量不同礦物潤濕程度的高低。 當(dāng)θ<90°，固氣>液氣，液滴被拉開，沿礦物表面展開，礦物表面被潤濕，表現(xiàn)為親水。

當(dāng)θ>90°，固氣< 液氣，液滴收縮，沿礦物表面聚集成珠狀，礦物表面不易被潤濕，表現(xiàn)為疏水。

θ=90°，cosθ=0，規(guī)定為疏水表面與親水表面的分界線。當(dāng)θ=0，cosθ=1，固體被液體*潤濕。

當(dāng)θ=180°，cosθ=-1，液滴對固體*不潤濕。

即接觸角愈大，cosθ愈小，其可浮性愈好。并且cosθ值介于-1~1之間，于是對礦物的潤濕性與可浮性的度量定義為

潤濕性=cosθ

可浮性=1-cosθ

接觸角與礦物可浮性之間的關(guān)系式：接觸角愈大，cosθ值就愈小，其潤濕性愈弱，則可浮性愈好；反之，接觸角愈小，cosθ值就愈大，其潤濕性愈強(qiáng)，則可浮性愈差。

礦物接觸角可以測得，下表列出了部分礦物的接觸角測定值，依據(jù)接觸角可大致判斷各種礦物的天然可浮性。[2]

部分礦物接觸角測定值