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膜材涂層的接觸角測試的標準方法

閱讀:125      發(fā)布時間:2025-7-19
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  膜材涂層的接觸角測試需要遵循標準化的方法和流程,以確保測量結(jié)果的可靠性和可比性。國際標準化組織(ISO)和美國材料與試驗協(xié)會(ASTM)等機構(gòu)已建立了一系列接觸角測量的標準方法,為不同應(yīng)用場景下的膜材涂層測試提供了規(guī)范指導(dǎo)。本節(jié)將詳細介紹靜態(tài)接觸角測試、動態(tài)接觸角測試的標準方法與實踐要點,幫助讀者掌握膜材涂層潤濕性評估的規(guī)范化操作流程。

  靜態(tài)接觸角測試是最基礎(chǔ)也是zui廣泛應(yīng)用的膜材涂層評估方法,其標準流程主要遵循ASTM D7334-082013)《通過接觸角測量涂層表面潤濕性的標準實踐》。該方法適用于大多數(shù)平整、均勻的膜材涂層表面,具體操作步驟如下:

1、樣品準備:將至少50mm×50mm的樣品置于潔凈環(huán)境中平衡24小時(23±2℃,50±5%RH)。使用無塵手套操作,避免直接接觸測試區(qū)域。必要時進行等離子清洗(空氣等離子,50W,1分鐘)或UV臭氧處理(20分鐘)去除有機污染物。

2儀器校準:使用標準角度樣板(通常為20°、90°和120°)校準光學(xué)系統(tǒng),確保角度測量誤差<±0.5°。微量注射器需用精密天平(精度0.01mg)進行體積校準,控制液滴體積為2.0±0.2μL(對水而言)。

3、液滴沉積:將樣品水平放置于樣品臺(水平度<0.1°),注射針頭(通常為0.5mm外徑不銹鋼針頭)距表面3.0±0.5mm,以0.5μL/s速度釋放液滴。液滴釋放后等待30秒使系統(tǒng)平衡。

4圖像采集:使用背光源(通常為LED冷光源)和至少200萬像素的CCD相機采集液滴側(cè)視圖像,快門速度不低于1/500s以避免運動模糊。圖像中液滴高度應(yīng)占據(jù)畫面高度的1/31/2。

5、接觸角計算:采用Young-Laplace擬合法分析液滴輪廓,對左右兩側(cè)接觸角分別計算后取平均值。若兩側(cè)角度差>5°,需檢查表面均勻性或重新測試。

  對于超疏水表面(θ>150°),靜態(tài)接觸角測試需特別注意液滴沉積技術(shù)。研究表明,過高的釋放高度(>5mm)會導(dǎo)致液滴沖擊表面時發(fā)生暫時潤濕,使測量結(jié)果偏低。推薦采用"接觸-收縮"法:先將針頭輕觸表面形成較大液滴(約5μL),然后緩慢回抽使液滴體積減小至目標值(2μL),這樣可獲得更可靠的本征接觸角。

  動態(tài)接觸角測試能夠提供比靜態(tài)測試更豐富的表面信息,主要方法包括增減液滴法和傾斜板法,相關(guān)標準參考ISO 19403-42017)《涂料和清漆-潤濕性測量-4部分:動態(tài)接觸角測量》。動態(tài)測試對膜材涂層的均勻性和耐久性評估尤為重要:

1、增減液滴法:

初始沉積2μL液滴,等待30秒記錄靜態(tài)接觸角

0.1μL/s速度增加液滴體積至5μL,記錄液固接觸線剛移動時的前進角θA

然后以相同速度減少體積至1μL,記錄接觸線剛回縮時的后退角θR

接觸角滯后Δθ=θA-θR,反映表面粗糙度和化學(xué)異質(zhì)性

2傾斜板法:

在水平位置沉積5μL液滴,記錄初始接觸角

0.5°/s速度傾斜樣品臺,使用高速相機(至少100fps)捕捉液滴開始滾動瞬間的前端角(前進角)和后端角(后退角)

計算滾動角(液滴開始滾動的傾斜角度)和接觸角滯后

  動態(tài)測試數(shù)據(jù)顯示,優(yōu)質(zhì)的AF涂層應(yīng)具有適度的接觸角滯后(10°-30°),滯后過?。?/span><5°)可能導(dǎo)致涂層機械強度不足,過大(>50°)則表明表面存在明顯缺陷。某手機屏幕鍍膜測試案例表明,經(jīng)過5000次摩擦測試后,劣質(zhì)涂層的接觸角滯后從初始25°增加至65°,而優(yōu)質(zhì)涂層僅增至35°,這為產(chǎn)品耐久性評估提供了量化指標。

  掌握這些標準測試方法與實踐技巧,研究人員和工程師能夠根據(jù)不同的膜材涂層類型和應(yīng)用需求,選擇合適的接觸角測試方案,獲得準確可靠的表面潤濕性數(shù)據(jù),為產(chǎn)品開發(fā)和品質(zhì)控制提供科學(xué)依據(jù)。


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