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      視頻光學接觸角測量儀采用高倍顯微鏡頭測試單纖維的接觸角值

      點擊次數:2239    發布時間:2022-09-26 00:00:00

      視頻光學接觸角測量儀采用高倍顯微鏡頭測試單纖維的接觸角值是目前為止測試單纖維接觸角值的測量方法。非的儀器廠家會建議用戶選購微量分析天平1ug的分析天平測試水或樹脂在纖維上的潤濕速度并采用Washburn滲透法或Wilhlemy plate板法,轉換計算得到相應的接觸角值。但是這樣的方法顯然存在的缺陷與科學依據不足在于:

      1、測試所得的接觸角值與光學法所得的接觸角值沒有可比性;

      2、測試時如果是樹脂,會因粘度影響潤濕速度,因而,所計算得到的角度值也沒有意義;

      3、分析天平測試單纖維本身極易彎曲而影響測值。

      因而目前為合理的方法是采用高倍顯微鏡頭,如50倍顯微鏡頭加上0.7-4.5X連續變倍鏡頭,即可完成3-10um的纖維的接觸角測量。如果需要測試超疏水或疏水情況下的接觸角值,則需要同時采購納升或皮升級噴射針頭或超細針頭。

      但是,如上僅僅是完成了纖維測量的硬件部分的功能,事實上,纖維接觸角測量的更為重要的關鍵在于軟件部分。目前,絕大多數的商業化的接觸角測量儀生產廠僅提供圓、橢圓或Young-Laplace方程擬合法測試接觸角值,而在單纖維時,由于在接觸到纖維的地方的弧形不再往里收縮,因而,如上的所有方法測值均是無效的。如下圖所示:

      纖維接觸角測量計算方法

      在采用KINO的阿莎算法時,液滴輪廓同樣沒有與擬合的輪廓線重合。

      橢圓擬合

      橢圓擬合計算纖維接觸角

      如上兩張圖片中采用兩個不同公司的橢圓擬合法分析纖維的接觸角值,顯然擬合線與液滴輪廓也根本沒有重合。

      對另一個樣品的纖維接觸角圖像我們采用阿莎算法進行了擬合分析。結果同樣不令人滿意。雖然從擬合效果來看,擬合度只是出現了略微的變化。但是,正是這樣的輪廓曲線與實際的纖維輪廓曲線的微小變化,會導致測值結果的明顯變化。

      纖維接觸角測量計算方法

       

      因而,對于單纖維而言,接觸角值的計算方法比硬件更為關鍵,也更難解決。目前商業化的接觸角測量儀廠商通常采用Max HW法,通過計算得到相應的接觸角值,詳細參考《Contact Angle Measurements on Fibers

      and Fiber Assemblies, Bundles,Fabrics, and Textiles》SURFACE AND INTERFACIAL TENSION ~ - Measurement, Theory, and Applications P425。但是這樣的簡單推導得到的接觸角值因其推導過程中的經驗因子,而導致測值的誤差同樣無法得到有效的避免。

      根據原著描述,如下圖片的測值角度為14-15度左右。

      纖維接觸角測量計算方法

      纖維接觸角測量計算方法

      美國科諾的MicroDrop技術,可以用于評估Wenzel-Cassie模型及其反轉條件的臨界接觸角值。同時,MicroDrop法用于評估纖維接觸角具有更為明顯的獨特優勢。如上同樣的纖維接觸角圖片,通過MicroDrop法,能夠明顯區別出左、右接觸角值的差值,同時,提供了一個更為易于接受,沒有人為經驗修正的纖維接觸角的測量結果。接觸角左側為18.496度,右側為23.284度,平均接觸角值為20.89度。

      纖維接觸角測量計算方法

      同時,采用阿莎算法,對于如上示例的纖維接觸角進行的測值結果顯示為:

      纖維接觸角測量計算方法

      纖維接觸角測量計算方法MicroDrop

      綜合如上可見,目前為止,測試單纖維接觸角值的為科學的技術為光學視頻接觸角測量儀,采用50倍左右的物鏡即可完成相應的測值。而測試接觸角為科學的算法為MicroDrop法,真正符合液滴往外擴張的趨勢,測值可靠性也更高。

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