มุมสัมผัส

มุมสัมผัส

ประเด็นสำคัญ

• มุมที่หยดของเหลวทำกับพื้นผิวเป็นตัวชี้วัดเชิงปริมาณโดยตรงของความสามารถในการเปียก
• มุมต่ำหมายถึงเปียกได้ดี ต่ำกว่าประมาณ 30° คือเปียกได้ดีมาก ส่วนสูงกว่า 90° พื้นผิวแทบไม่เปียกเลย
• การใช้ของเหลวทดสอบหลายชนิดแยกองค์ประกอบมีขั้วออกจากองค์ประกอบกระจายตัวได้ ซึ่งบอกสาเหตุที่พื้นผิวไม่ยึดติด
• เป็นวิธีที่ปกป้องผลได้ในกรณีที่ผลจากปากกา dyne อาจถูกโต้แย้ง

มุมสัมผัส

มุมสัมผัสคือมุมที่เกิดขึ้นตรงจุดที่หยดของเหลวพบกับพื้นผิวของแข็ง วัดผ่านของเหลว ณ จุดสัมผัส และเป็นตัวชี้วัดเชิงปริมาณโดยตรงว่าของเหลวนั้นทำให้ของแข็งนั้นเปียกได้ดีเพียงใด บนพลาสติก เป็นวิธีอ้างอิงสำหรับประเมินพลังงานพื้นผิวและประสิทธิผลของการปรับสภาพพื้นผิว

มุมถูกกำหนดโดยสมดุลระหว่างแรงยึดเหนี่ยวภายในของของเหลว ซึ่งดึงหยดให้เป็นทรงกลม กับแรงยึดเกาะระหว่างของเหลวกับของแข็ง ซึ่งดึงให้แบนราบ เมื่อแรงยึดเกาะเหนือกว่า หยดจะแผ่ออกและมุมเล็ก เมื่อแรงยึดเหนี่ยวภายในเหนือกว่า หยดจะจับตัวเป็นเม็ดและมุมใหญ่

การอ่านค่าตัวเลข

เนื่องจากน้ำมีขั้ว มุมสัมผัสของน้ำที่สูงบนชิ้นงานที่ควรผ่านการปรับสภาพจึงเป็นหนึ่งในตัวชี้วัดที่เร็วที่สุดว่าการปรับสภาพล้มเหลวหรือมีการปนเปื้อนซิลิโคน

วิธีการวัด

เทคนิคมาตรฐานในห้องปฏิบัติการคือวิธีหยดนิ่ง (sessile drop) วางหยดของเหลวปริมาตรที่กำหนดบนพื้นผิว ถ่ายภาพด้านข้าง และวัดมุมที่เส้นสัมผัสสามวัฏภาค ประเด็นที่ตัดสินว่าผลมีความหมายหรือไม่ ได้แก่

• ปริมาตรหยดต้องสม่ำเสมอ โดยทั่วไปไม่กี่ไมโครลิตร หยดที่ใหญ่กว่าแบนลงตามน้ำหนักของตัวเองและอ่านค่าได้ต่ำ
• วัดให้เร็ว การระเหยและการแผ่ตัวช้าต่างเปลี่ยนมุมภายในไม่กี่วินาทีบนบางพื้นผิว ข้อกำหนดเรื่องเวลาจึงสำคัญและควรระบุไว้
• วัดหลายจุด การปรับสภาพพื้นผิว ลาย และการปนเปื้อนล้วนแตกต่างกันทั่วชิ้นงาน หยดเดียวเป็นเพียงเรื่องเล่า ไม่ใช่ข้อมูล
• ความขรุขระของพื้นผิวขยายผล พื้นผิวหยาบขยายสิ่งที่เคมีพื้นฐานทำอยู่ ทำให้พื้นผิวที่เปียกเปียกดีขึ้นและพื้นผิวที่ไม่เปียกผลักแรงขึ้น ควรเปรียบเทียบกับพื้นผิวที่มีลายเหมือนกัน
• มุมรุกล้ำ (advancing) และมุมถอย (receding) ต่างกัน ช่องว่างระหว่างสองค่านี้ คือฮิสเทอรีซิส ให้ข้อมูลในตัวเองและมักบ่งชี้ความไม่สม่ำเสมอหรือการปนเปื้อน

การแยกองค์ประกอบมีขั้วและกระจายตัว

การวัดด้วยของเหลวชนิดเดียวให้ค่าความสามารถในการเปียก การวัดด้วยของเหลวสองชนิดขึ้นไปที่ทราบค่าและมีขั้วต่างกันช่วยแยกพลังงานพื้นผิวออกเป็นองค์ประกอบมีขั้วและองค์ประกอบกระจายตัว ซึ่งเป็นที่มาของคุณค่าด้านการวินิจฉัย

• องค์ประกอบกระจายตัวมาจากแรงแวนเดอร์วาลส์และมีอยู่บนทุกพื้นผิว
• องค์ประกอบมีขั้วมาจากหมู่ที่มีออกซิเจนซึ่งการปรับสภาพต่อเข้าไป เป็นส่วนที่เพิ่มขึ้นเมื่อพอลิเมอร์ได้รับการปรับสภาพและลดลงอีกครั้งเมื่อผลการปรับสภาพเสื่อมลง
• เหตุที่สำคัญ พื้นผิวสองแบบอาจแสดงพลังงานพื้นผิวรวมเท่ากัน แต่แบบหนึ่งยึดติดดีและอีกแบบไม่ เพราะกาวที่อาศัยปฏิสัมพันธ์แบบมีขั้วต้องการองค์ประกอบมีขั้วโดยเฉพาะ ตัวเลขรวมเพียงอย่างเดียวอาจปกปิดข้อนี้

น้ำและไดไอโอโดมีเทนเป็นคู่ที่ใช้กันทั่วไป น้ำให้ส่วนที่มีขั้ว และไดไอโอโดมีเทนแทบไม่มีขั้ว มีแบบจำลองการคำนวณหลายแบบ จึงควรบันทึกแบบจำลองที่ใช้ไว้กับผลลัพธ์

มุมสัมผัสเทียบกับการทดสอบ dyne

ทั้งสองเสริมกัน ไม่ใช่คู่แข่ง การจัดการที่ใช้ได้จริงในโรงงานส่วนใหญ่คือใช้มุมสัมผัสกำหนดข้อกำหนดและยุติข้อสงสัย และใช้สารละลายแรงตึงผิวเปียกตาม ASTM D2578 ติดตามผลเทียบกับข้อกำหนดนั้นเป็นประจำวัน

การแก้ปัญหาผลการวัดมุมสัมผัส

ศัพท์ที่เกี่ยวข้องและแหล่งอ่านเพิ่มเติม

• การทดสอบเทป ASTM D3359
• พลังงานพื้นผิว
• ศาสตร์แห่งการแก้ปัญหาการยึดเกาะของพลาสติก
• การวัดการยึดเกาะและความทนทานต่อการขัดถูของสารเคลือบและหมึก
• วิธีการปรับสภาพพื้นผิวพอลิเมอร์

การประยุกต์ใช้ในการผลิต

The Sabreen Group ให้การสนับสนุนด้านวิศวกรรมอย่างเป็นอิสระสำหรับการวัดมุมสัมผัส การวิเคราะห์ลักษณะพื้นผิว และการรับรองคุณภาพการยึดเกาะ หากกำลังกำหนดกระบวนการ รับรองวัสดุ หรือแก้ปัญหาในการผลิต ทีมบริการด้านวิศวกรรมของเรายินดีให้ความช่วยเหลือ ติดต่อเราเพื่อหารือเกี่ยวกับการใช้งาน

คำถามที่พบบ่อย

มุมสัมผัสเท่าใดบ่งชี้ว่าพื้นผิวพร้อมยึดติด

เป็นแนวทางคร่าว ๆ มุมสัมผัสของน้ำต่ำกว่าประมาณ 60° บ่งชี้ความสามารถในการเปียกที่พอใช้ และต่ำกว่า 30° บ่งชี้พื้นผิวที่ปรับสภาพมาอย่างดี ส่วนสูงกว่า 90° พื้นผิวแทบไม่เปียกเลย อย่างไรก็ตาม เกณฑ์ที่มีความหมายคือค่าที่กำหนดสำหรับกาวหรือหมึกเฉพาะที่ใช้ เป้าหมายมุมทั่วไปเชื่อถือไม่ได้พอ ๆ กับเป้าหมาย dyne ทั่วไป

มุมสัมผัสต่างจากการทดสอบด้วยปากกา dyne อย่างไร

มุมสัมผัสวัดด้วยเครื่องมือจากภาพของหยดและให้ค่าเชิงปริมาณต่อเนื่อง ส่วนปากกา dyne อาศัยผู้ปฏิบัติงานตัดสินว่าฟิล์มหมึกคงอยู่ประมาณสองวินาทีหรือไม่ และให้ผลผ่าน/ไม่ผ่านเป็นช่วง มุมสัมผัสยังแยกองค์ประกอบมีขั้วออกจากองค์ประกอบกระจายตัวของพลังงานพื้นผิวได้ ซึ่งการทดสอบ dyne ทำไม่ได้ ใช้สารละลาย dyne สำหรับการตรวจติดตามประจำ และใช้มุมสัมผัสเมื่อต้องปกป้องตัวเลข

เหตุใดจึงวัดด้วยของเหลวทดสอบมากกว่าหนึ่งชนิด

เพราะแยกองค์ประกอบมีขั้วของพลังงานพื้นผิวออกจากองค์ประกอบกระจายตัวได้ พื้นผิวสองแบบอาจแสดงพลังงานรวมเท่ากันแต่มีเพียงแบบเดียวที่ยึดติดดี เนื่องจากกาวที่อาศัยปฏิสัมพันธ์แบบมีขั้วต้องการองค์ประกอบมีขั้วโดยเฉพาะ การปรับสภาพเพิ่มองค์ประกอบมีขั้วเป็นพิเศษ การติดตามค่านี้จึงแยกพื้นผิวที่ปรับสภาพจริงออกจากพื้นผิวที่เพียงอ่านค่าได้ที่ยอมรับ

ความขรุขระของพื้นผิวมีผลต่อค่าที่อ่านหรือไม่

มีผลมาก ความขรุขระขยายเคมีพื้นฐาน ทำให้พื้นผิวที่เปียกได้เปียกดีขึ้นและพื้นผิวที่เปียกไม่ได้ผลักแรงขึ้น ชิ้นงานที่มีลายและชิ้นงานขัดเงาที่มีเคมีเหมือนกันจึงให้มุมต่างกัน ควรเปรียบเทียบกับพื้นผิวที่มีลายเหมือนกัน และระมัดระวังการนำเกณฑ์ที่ได้จากแผ่นตัวอย่างเรียบไปใช้กับพื้นผิวการผลิตที่มีลาย

อะไรทำให้ได้มุมสูงกว่าที่คาดบนชิ้นงานที่ปรับสภาพแล้ว

มักเกิดจากการปรับสภาพล้มเหลวหรือการปนเปื้อนซิลิโคน และแยกสองอย่างนี้ได้จากรูปแบบ การปรับสภาพที่ล้มเหลวมักกระทบทั้งชิ้นงานหรือทั้งรอบการผลิต ส่วนการปนเปื้อนมักปรากฏเป็นหย่อม ๆ เนื่องจากน้ำมีขั้ว มุมสัมผัสของน้ำจึงไวต่อหมู่ที่การปรับสภาพเพิ่มเข้าไปและซิลิโคนบดบังพอดี ทำให้หยดน้ำเป็นหนึ่งในการตรวจวินิจฉัยที่เร็วที่สุดที่มี

---