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粉體材料潤濕接觸角測(cè)量方法應(yīng)用于表面張力儀
來源：廣州貝拓科學(xué)技術(shù)有限公司 瀏覽 1443 次 發(fā)布時(shí)間:2024-05-13
液體在固態(tài)粉體材料(簡(jiǎn)稱粉體，又稱粉末)上的接觸角是反映粉體材料與液體潤濕關(guān)系的重要尺度，用于衡量液體對(duì)固態(tài)粉體的潤濕性質(zhì)，在實(shí)踐中對(duì)粉體接觸角的測(cè)量非常重要，但其測(cè)定要比在平面固體表面上的困難得多，因而至今尚無理想的測(cè)定方法。
目前大多數(shù)采用的是基于Washburn方程的毛細(xì)管滲透法，也是比較經(jīng)典的一種粉末接觸角測(cè)量方法。該法的基本原理是：固態(tài)粉體間的空隙相當(dāng)于一束平均半徑為R的毛細(xì)管，由于毛細(xì)作用，液體能自發(fā)滲透進(jìn)入粉體柱中(毛細(xì)上升效應(yīng))。毛細(xì)作用取決于液體的表面張力和粉體的接觸角，故通過測(cè)定已知表面張力液體在粉末柱中的透過狀況，就可以得到有關(guān)該液體對(duì)粉末的接觸角的信息。具體的測(cè)定方法是：將固體粉末以固定操作方法裝入一個(gè)樣品測(cè)量管中，管的底部有特制的小孔，既能防止粉末漏失，又容許液體自由通過，當(dāng)管底與液體接觸時(shí)，液體在毛細(xì)力的作用下在測(cè)量管中上升，然后依據(jù)待測(cè)液體在粉末柱中的滲入速度和平均半徑r求出該液體在該粉末表面的接觸角。
在t時(shí)間內(nèi)上升高度h可由Washburn方程描述：
h2＝(γRcosθ/2η)t，式中γ為液體的表面張力，R為粉末柱的有效毛細(xì)管半徑，η為液體的粘度，θ為接觸角，t為時(shí)間。以h2
對(duì)t作圖得一直線。直線的斜率k＝γRcosθ/2η，進(jìn)而可求出θ＝arccos(2kη/γR)。一般先用一種對(duì)樣品接觸角θ＝0°的液體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定毛細(xì)管平均半徑R的值，然后再在相同條件下用其他液體實(shí)驗(yàn)，測(cè)定θ值。
盡管應(yīng)用Washburn方程設(shè)計(jì)的毛細(xì)管滲透法能很簡(jiǎn)便地測(cè)得粉體的接觸角,應(yīng)用也很廣泛，但是它是利用液體在粉末柱中上升的高度與時(shí)間之間的關(guān)系來測(cè)定的。在實(shí)驗(yàn)過程中存在一個(gè)問題,即由于粉體床中各位置的堆積密度不盡相同,使得液體不會(huì)總是水平上升,因此液體在粉體床中上升高度不易準(zhǔn)確測(cè)量,給實(shí)驗(yàn)帶來較大誤差。
為此,現(xiàn)有技術(shù)中提出一些理論，即可選擇潤濕過程中在各個(gè)時(shí)間段測(cè)量粉體床內(nèi)液體質(zhì)量，從而得出質(zhì)量對(duì)時(shí)間的變化，求取液體對(duì)固態(tài)粉體的接觸角。但是，每次稱重測(cè)量時(shí)，需要將樣品測(cè)量管提出液面并擦去連帶的水分，操作比較繁瑣，且無法精確控制每次擦除的液體量，造成了稱重測(cè)量過程中的不連貫性，也會(huì)使得結(jié)果誤差放大。
粉體材料潤濕接觸角測(cè)量方法應(yīng)用于表面張力儀，所述表面張力儀包括殼體以及設(shè)置于殼體內(nèi)的電子天平、底端用微孔板封閉的測(cè)量管、液體樣品托架、升降機(jī)構(gòu)和攝像裝置；所述電子天平的底部設(shè)置有連接桿，所述連接桿與所述電子天平的稱重盤固定連接，所述測(cè)量管垂直懸掛于所述連接桿下方，所述測(cè)量管的底端位于所述攝像裝置的攝影取景范圍中，所述測(cè)量管內(nèi)裝有待測(cè)粉體，所述液體樣品托架用于固定裝盛有待測(cè)液體的樣品容器，所述液體樣品托架由所述升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)升降；所述測(cè)量方法包括：
控制所述升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述液體樣品托架上升；
在所述液體樣品托架上升過程中，控制所述攝像裝置以預(yù)設(shè)頻率拍攝所述測(cè)量管底端，獲得多個(gè)管底區(qū)域成像；
當(dāng)從多個(gè)所述管底區(qū)域成像中識(shí)別出所述待測(cè)液體的液面與所述測(cè)量管的底端之間的當(dāng)前距離小于預(yù)設(shè)距離閾值時(shí)，控制所述升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)所述液體樣品托架上升預(yù)設(shè)高度差，所述預(yù)設(shè)高度差小于所述當(dāng)前距離；
若在指定時(shí)長內(nèi)所述電子天平的讀數(shù)發(fā)生變化且達(dá)到最大讀數(shù)，判定所述待測(cè)液體的液面與所述測(cè)量管的底端接觸；
實(shí)時(shí)采集所述電子天平的讀數(shù)，獲得所述測(cè)量管隨時(shí)間的重量變化曲線；
根據(jù)所述重量變化曲線，計(jì)算獲得所述待測(cè)粉體對(duì)所述待測(cè)液體的潤濕接觸角。