一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的方法和装置

摘要

本发明公开了一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的方法和装置，所述方法的具体过程为：调整试样的倾斜角度，并用注射器向试样上滴水，直至水滴恰好能从试样表面自由滚落，将此时试样的倾斜角度记为滚动角θ，然后测量水滴在试样上滴落位置的水平高度h和水滴沿试样滚落的水平距离L，以此滚动角θ的值，通过滚动角θ的平均值来反映涂层的疏水性能，进而反映其耐磨性。本发明的方法所需的仪器和材料都是可轻易获得的，对于实际中现场评价超疏水涂层的耐磨性是有效易行的；同时，本发明的装置通过恒定砝码的质量，保证每次磨损测试的施加力相同。

说明书

技术领域

本发明属于涂层耐磨性能领域，具体涉及一种评测超疏水涂层耐磨性的方法和装置。

背景技术

粗糙结构是超疏水涂层的必要条件之一，对于疏水表面来说，粗糙度越大，疏水性能越好。磨损试验能够有效地评价涂层的耐磨性，对于超疏水涂层的磨损试验来说，表面粗糙度的减小就意味着疏水性能的下降，在粗糙度下降很多的时候，涂层的超疏水性能就会消失。在实际应用中，即现场评测超疏水涂层的耐磨性时，由于场地、实验设备、可操作性等因素的限制，如接触角测量仪并不是轻易可得的，在实验室中能运用的一些手段和方法就失去了作用，因此开发一种简易的磨损装置和评测方法是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的方法和装置。本发明通过滚动角θ的平均值来反映涂层的疏水性能，进而反映其耐磨性。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的方法，其具体评测过程为：

调整试样的倾斜角度，并用注射器向试样上滴水，直至水滴恰好能从试样表面自由滚落，将此时试样的倾斜角度记为滚动角θ，然后测量水滴在试样上滴落位置的水平高度h和水滴沿试样滚落的水平距离L，所述滚动角θ由下式计算得到：

其中，当0°≤θ≤10°时，试样具有超疏水性能；当θ＞10°时，试样失去超疏水性能。

在所述评测过程中，首先将试样倾斜一定角度，并用注射器向试样上滴水，如果水滴不能从试样表面自由滚落则增大试样的倾斜角度，如果水滴一开始就能从试样表面自由滚落则减小试样的倾斜角度，直至水滴恰好能从试样表面自由滚落，将此时试样的倾斜角度记为滚动角θ，然后测量水滴在试样上滴落位置的水平高度h和水滴沿试样滚落的水平距离L，单位均为mm，计算滚动角θ的值。

在所述评测过程中，保持水滴在试样上滴落位置的水平高度h不变，通过调整试样的倾斜角度从而改变水滴沿试样滚落的水平距离L；所述水滴在试样上滴落位置的水平高度h为1-3mm。

在所述评测过程中，用注射器向试样上滴水时，所述注射器的针头与试样间的垂直距离为2-5mm。

一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的装置，包括注射器和磨损装置，所述注射器用于向试样上滴水，所述磨损装置用于对试样进行磨损处理。

所述磨损装置包括砝码、砝码固定装置、支架和支架底座；所述砝码的重量为50-500g，所述砝码和砝码固定装置通过连接线相连接；所述连接线是无弹性的，其与砝码、砝码固定装置之间可拆卸连接，且与待处理试样平行；所述砝码固定装置安装在支架上，用于在磨损过程中固定砝码；所述支架横跨试样，与设置在试样两侧的支架底座固定连接，所述支架和支架底座用于在磨损过程中保持整个装置的稳定性。该装置通过恒定砝码的质量，保证每次磨损测试的施加力相同。

在所述磨损处理过程中，将砝码放置在试样上，且连接线呈绷紧状态，将试样向保持连接线绷紧状态的方向拉动，然后重复上述过程。每次磨损处理过程中，所述试样被拉动的距离相同且做匀速直线运动。

为减小误差，每个试样均测量多次，最后取平均值，利用滚动角θ值的平均值大小去评测超疏水涂层的耐磨性。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的方法和装置，通过测量水滴在试样上滴落位置的水平高度h和水滴沿试样滚落的水平距离L，计算出滚动角θ的值，然后利用滚动角θ的值去表征涂层的疏水性能，进而反映涂层的耐磨性，并利用接触角测量仪、3D图谱以及扫描电子显微镜分别得到的静态接触角、3D形貌和微观组织来佐证本发明方法的可行性。因此，本发明用于现场评测超疏水涂层耐磨性的方法所需的仪器和材料都是可轻易获得的，对于实际中现场评价超疏水涂层的耐磨性是有效易行的；同时，本发明的用于现场评测超疏水涂层耐磨性的装置通过恒定砝码的质量，保证每次磨损测试的施加力相同。

附图说明

图1为本发明的滚动角θ测量示意图；

图2为本发明方法测量的滚动角(SA)和接触角测量仪测量的静态接触角(SCA)随磨损次数的变化图；

图3为磨损测试前(a)、后(b)超疏水涂层的显微组织形貌；

图4为磨损测试前(a)、后(b)超疏水涂层的3d形貌；

图5为本发明磨损装置的示意图；

图6为本发明磨损装置的侧视图；

图7为本发明磨损装置的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明实施例中使用的超疏水涂层为二氧化钛/氟硅氧烷超疏水涂层，是由硬脂酸改性纳米二氧化钛和十七氟癸基三甲氧基硅烷通过溶胶凝胶法制备得到二氧化钛/氟硅氧烷溶胶。所述二氧化钛/氟硅氧烷溶胶的具体制备方法如下：(1)首先将15ml无水乙醇和10ml去离子水加入烧杯中，然后加入0.4g硬脂酸和2.5g纳米TiO

本发明实施例中试样基体选择304不锈钢，将试样基体尺寸切割为70×40×2mm

如图5至7所示，本发明的一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的装置，包括注射器(图中未示出)和磨损装置，所述注射器用于向试样上滴水，所述磨损装置用于对试样进行磨损处理。所述磨损装置包括砝码1、砝码固定装置2、支架3和支架底座4。所述砝码1的重量为200g，底部面积为4πcm

在所述磨损处理过程中，将砝码1放置在试样6上，且连接线5呈绷紧状态，将试样6向保持连接线5绷紧状态的方向拉动，然后重复上述过程。每次磨损处理过程中，所述试样被拉动的距离相同且做匀速直线运动。

在磨损处理第0次、第50次、第100次、第150次和第200次时分别对试样进行耐磨性评测。首先将试样倾斜一定角度，并用注射器向试样上滴水，所述注射器的针头与试样间的垂直距离为3mm，如果水滴不能从试样表面自由滚落则增大试样的倾斜角度，如果水滴一开始就能从试样表面自由滚落则减小试样的倾斜角度，直至水滴恰好能从试样表面自由滚落，将此时试样的倾斜角度记为滚动角θ，然后测量水滴在试样上滴落位置的水平高度h和水滴沿试样滚落的水平距离L，单位均为mm。在调整试样的倾斜角度的过程中，保持水滴在试样上滴落位置的水平高度h为2mm不变，通过调整试样的倾斜角度从而改变水滴沿试样滚落的水平距离L。

如图1所示，得到水滴在试样上滴落位置的水平高度h和水滴沿试样滚落的水平距离L的值后，通过下式计算滚动角θ的值：

其中，当0°≤θ≤10°时，试样具有超疏水性能；当θ＞10°时，试样失去超疏水性能。

为减小误差，每个试样均测量5次，最后取平均值，利用滚动角θ值的平均值大小去评测超疏水涂层的耐磨性，结果如图2所示，图中静态接触角(SCA)通过接触角测量仪测得。

从图2可以看出，在磨损次数达到150次时，滚动角θ的平均值为10°，标准差是3°，这说明涂层一些位置已经失去了超疏水性能，此时静态接触角的平均值为151°，标准差为2°，这个结果与滚动角的结果是一致的；在磨损次数达到200次时，滚动角的平均值为12°，标准差为2°，这表明涂层只有少部分位置还保持超疏水性能，此时静态接触角的平均值为149°，标准差为2°，这与滚动角的测量结果保持一致性。因此，静态接触角(SCA)的结果证实了本发明的现场评测超疏水涂层耐磨性的方法的正确性。

此外，通过显微组织形貌和3d图谱也可以证实本发明方法的正确性。

如图3所示，超疏水涂层在磨损测试前后的显微组织形貌的差别不大，棒状、长条状以及椭球状组成的堆状物并没有因磨损测试而被破坏，但是颗粒之间填充了一些更细小的粒子，这是磨损过程中磨屑吸附在涂层表面所导致的，这也是涂层粗糙度下降的另一个因素。如图4所示，超疏水涂层在磨损测试前后3d形貌的变化主要体现在粗糙度上，粗糙度最大值从28.87μm下降到11.55μm，主要原因是磨损能使涂层减薄。

通过以上分析可以得出，在现场检测超疏水涂层的耐磨性时以滚动角θ值的大小去评判是可行的。

本发明公开的一种用于现场评测超疏水涂层耐磨性的方法所需的仪器和材料都是可轻易获得的，对于实际中现场评价超疏水涂层的耐磨性是有效易行的；另外本发明的磨损处理的装置通过恒定砝码的质量，保证每次磨损测试的施加力相同。

本发明公开和提出的方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。