接触角

接触角

要点速览

• 液滴与表面形成的角度是润湿性的直接定量度量。
• 角度小意味着润湿良好。低于约 30° 为润湿良好；高于 90° 则表面基本不润湿。
• 使用多种测试液体可将极性分量与色散分量分离，这能告诉您表面为何无法粘接。
• 在达因笔的结果会受到质疑时，它是站得住脚的方法。

接触角

接触角是液滴与固体表面相接处形成的角度，在接触点处透过液体测量，它直接定量地反映了该液体对该固体的润湿程度。对塑料而言，它是评估表面能和预处理效果的参考方法。

该角度由液体内聚力与液固之间的附着力的平衡所决定：内聚力将液滴拉成球形，附着力则将其拉平。当附着力占主导时，液滴铺展，角度较小；当内聚力占主导时，液滴呈珠状，角度较大。

如何解读数值

由于水是极性的，本应经过处理的零件上水接触角偏高，是预处理失败或硅酮污染最快的指示之一。

测量方法

标准的实验室技术是座滴法：将一滴规定体积的液滴放在表面上，从侧面成像，并在三相接触线处测量角度。以下几点决定结果是否有意义：

• 液滴体积必须一致，通常为几微升。较大的液滴会因自重而变平，读数偏低。
• 测量要迅速。在某些表面上，蒸发和缓慢铺展都会在数秒内改变角度，因此计时约定很重要，并应加以说明。
• 应取多个点。表面处理、纹理和污染在零件上各处都有变化；单个液滴只是个案。
• 表面粗糙度会放大效应。粗糙表面会放大底层化学性质的作用——使润湿的表面更易润湿，使不润湿的表面更加排斥。在纹理上应做同类比较。
• 前进角与后退角不同。两者之间的差值，即滞后，本身就有信息价值，通常表明存在不均匀性或污染。

分离极性分量与色散分量

使用单一液体测量得到的是润湿性。使用两种或更多已知且极性不同的液体测量，可将表面能分解为极性分量和色散分量，诊断价值正在于此：

• 色散分量来自范德华力，存在于每一个表面上。
• 极性分量来自预处理接枝上去的含氧基团。聚合物经过处理时该部分升高，随着处理效果衰减又会下降。
• 其重要性：两个表面的总表面能可能相同，但其中一个粘接良好而另一个不然，因为依赖极性相互作用的胶粘剂特别需要极性分量。仅看总数值可能会掩盖这一点。

水和二碘甲烷是常见的搭配，水提供极性贡献，二碘甲烷基本上是非极性的。存在多种计算模型，因此所用模型应与结果一并记录。

接触角与达因测试的对比

两者是互补而非竞争的关系。在大多数工厂中可行的安排是：用接触角确定要求并解决争议，用符合 ASTM D2578 的润湿张力溶液据此进行日常监测。

接触角结果的故障排查

相关术语与延伸阅读

• ASTM D3359 胶带测试
• 表面能
• 解决塑料附着力问题的科学
• 涂层与油墨附着力及耐磨耐久性的测量
• 聚合物表面预处理方法

在生产中的应用

The Sabreen Group 为接触角测量、表面表征和附着力评定提供独立的工程支持。如果您正在确定工艺规范、评定材料或排查生产问题，我们的工程服务团队可以提供帮助。欢迎联系我们探讨您的应用。

常见问题

接触角多大表明表面已准备好进行粘接？

作为粗略指南，水接触角低于约 60° 表示润湿性尚可，低于 30° 表明表面处理良好，而高于 90° 则表面基本不润湿。不过，真正有意义的阈值是针对所用具体胶粘剂或油墨确定的那个——通用的角度目标与通用的达因目标一样不可靠。

接触角与达因笔测试有何不同？

接触角由仪器根据液滴图像测量，给出连续的定量数值；达因笔则依靠操作者判断油墨膜能否保持约两秒，给出区间性的合格/不合格结果。接触角还能分离极性与色散表面能分量，这是达因测试做不到的。日常监测使用达因溶液，需要为数值提供有力依据时使用接触角。

为什么要用不止一种测试液体来测量？

因为这样可将表面能的极性分量与色散分量分开。两个表面可能显示相同的总能量，而只有一个粘接良好，因为依赖极性相互作用的胶粘剂特别需要极性分量。预处理尤其会提高极性分量，因此跟踪它可以区分真正经过处理的表面与只是读数勉强可接受的表面。

表面粗糙度会影响读数吗？

影响很大。粗糙度会放大底层的化学性质，使可润湿的表面更易润湿，使不可润湿的表面更强烈地排斥，因此化学组成相同的纹理面零件和抛光面零件会给出不同的角度。应做同类比较，并谨慎地将在光滑试片上得出的阈值应用于纹理化的生产表面。

经处理的零件上出现意外的高角度，是什么原因？

通常是处理失败或硅酮污染，两者可以通过分布模式区分——处理失败往往影响整个零件或整批，而污染通常呈斑块状。由于水是极性的，其接触角对处理所增加、而硅酮所掩盖的那些基团恰恰十分敏感，这使一滴水成为最快的诊断检查手段之一。

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