親水角測試儀

更新時間：2021-01-07

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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。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在石油工業、浮選工業、芯片產業、低表面能無毒防污材料、油墨、化妝品、農藥、印染、造紙、織物整理、洗滌劑、噴涂、污水處等領域有著應用。
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。至于是否液體能進入毛細管，這個還與具體液體有關，并非所有液體在較大夾角下*不進入毛細管。[1]

潤濕過程與體系的界面張力有關。一滴液體落在水平固體表面上，當達到平衡時，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

由它可以預測如下幾種潤濕情況：

1）當θ=0，*潤濕；

2）當θ﹤90°，部分潤濕或潤濕；

3）當θ=90°，是潤濕與否的分界線；

4）當θ﹥90°，不潤濕；

5）當θ=180°，*不潤濕。

毛細現象中液體上升、下降高度h。h的正負表示上升或下降。

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/（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*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r）。

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

T
接觸角現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.但目前應用廣泛,測值直接與準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獲得液滴的外形圖像, 再運用數字圖像處理和一些算法將圖像中的液滴的接觸角計算出來.

計算接觸角的方法通?；谝惶囟ǖ臄祵W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如寬/高或通過直接擬合來計算得出接觸角值。Young-Laplace方程描述了一封閉界面的內、外壓力差與界面的曲率和界面張力的關系，可用來準確地描述一軸對稱的液滴的外形輪廓，從而計算出其接觸角。

接觸角測量方法可以按不同的標準進行分類。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。按照測量時三相接觸線的移動速率,可分為靜態接觸角、動態接觸角(又分前進接觸角和后退接觸角)和低速動態接觸角。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、毛細管上升法和斜板法。
另外機械上常指軸承接觸角：

在球軸承中，球與內外圈溝道的接觸，一般各為一點。接觸點連線沿溝道法線并且通過球中心。外部負荷則沿著該直線，由一個套圈傳遞至另一個套圈，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。

在滑動軸承中，是指軸頸與滑動軸承的接觸面所對的圓心角。接觸角不可太大也不可太小。接觸角太小會使滑動軸承壓強增加，嚴重時會使滑動軸承產生較大的變形，加速磨損，縮短使用壽命；接觸角太大，會影響油膜的形成，得不到良好的液體潤滑。試驗研究表明，滑動軸承接觸角的極限是120°。當滑動軸承磨損到這一接觸角時，液體潤滑就要破壞。因此在不影響滑動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，當接觸角為60°時，摩擦力矩小，因此建議，對轉速高于500r/min的滑動軸承，接觸角采用60°，轉速低于500r/min的滑動軸承，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中廣泛運用于防水分項工程，在防水分項工程底基層施工時，地面與墻面的接觸角通常做成R角形狀以達到防水的作用。
任何兩相物體相接處時，接觸面的表面張力就表現為界面張力。用表示。

當氣體在水中固體表面附著并達到平衡時，任意兩相之間的界張力

可以看出，當3個力達到平衡時，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，接觸角式三個相界面自由能的函數，它既與礦物表明性質有關，也與液相、氣相的界面性質有關。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系。根據楊氏方程，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，表現為親水。

當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，表現為疏水。

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

當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，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