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国产和进口接触角测量仪的区别:从视频光学接触角测试仪测试超高粘度胶水的表面张力以及胶水与PE的接触角值来进行分析

 视频光学接触角测试仪作为界面化学分析的最基本工具其分析功能包括:测试表面张力、界面张力、接触角、表面自由能等多种功能。目前,世界商业化的接触角测量仪已经相当成熟。但是,这些接触角测量仪的厂商中,从功能来看,还是存在很大的区别的,如下表所示:

功能

国产

进口

最先进技术 CAST3

表面张力

最基础的选点选面法表面张力计算功能

基于Select Plance算法的Young-Laplace方程拟合算法

ADSA-RealDrop算法

界面张力

约束停滴法测试低至0.001mN/m界面张力

表面及界面张力的分层效应测试

接触角

量角器:圆拟合、WH法、椭圆拟合、切线法

量角器:圆拟合、WH法、椭圆拟合、切线法

非轴对称的Young-Laplace方程拟合算法:ADSA-RealDrop

简单的界面化学分析:轴对称的Young-Laplace方程拟合

表面自由能

单液滴进液系统

简单的双液滴同时分析进液系统

3注射器版本;

可最多形成同时3个液滴在同一张图像中出现

软件只能分析一个液滴数据

软件可以同时分析一张图片中形成的两个液滴的照片

软件可以最多分析同一张图片中形成的4个液滴的接触角值,且左、右接触角值分析计算

较简单的模型,如Owens算法

9种数学模型

12种数学模型

接触角滞后

简单的机械部分提供滚动平台

整体机架滚动平台

精度差,有回程间隙

蜗轮蜗杆高精密光学旋转平台控制样品台及镜头部分旋转,精度可达0.007

软件部分采用切线法或椭圆拟合法

软件部分采用切线法或椭圆拟合法

软件除提供切线、椭圆拟合外,更关键在于提供非轴对称的ADSA-RealDrop算法,有界面化学理论作为依据,更科学和专业,可靠性和可信度高。

无本征接触角计算功能

无本征接触角计算功能

有本征接触角功能,自动修正表面粗糙度、化学多样性等造成的接触角滞后影响

3D接触角

3D接触角平台

3D接触角镜头

 

通过本表格的分析,可以很明显的算出,除了基本的一些硬件配置,如相机的分辨率、速度、光路折转、3D形貌、样品台大小、样品台移动范围等基础指标外,评估视频光学接触角测定仪事实上最关键还是在于:

该仪器的关键指标功能是否先进?测得的数据是否可信?是否代表了本专业的真实水平?而不能仅仅停留在价格或者非常不重要的指标,如是否有3D形貌分析上。一台光学接触角测量仪的基本功能,如表面张力、界面张力和接触角测量都不能让人满意的情况下,再多的额外功能,再好的其他指标,也不能代表什么!一切必须以是否能够测准接触角值,测到接触角值,测准表面张力值为准。而且,接触角测量的检定标准一定不是玻璃校定板,而是红宝石球3D校准工具。只有3D工具才能够检定出来3D时空的接触角测量结果。总之,数据的准确性是接触角测定仪的生命。

如下提供了一张接触角测试图片。照片是测试超高粘度胶水(12100CP.S)与PE材料的接触角值。这张图片看似非常普通,但是由于如下几个关键点的存在,使用这张图片成为了绝大多数商业化接触角测量仪分析软件的梦魇:

1、胶水粘度高:

(1)测试液体(胶水)的粘度高达12100CP.S,从而再高的进液器控制精度也是没有任何意义了,因而,此时采用圆拟合和WH法基本没有任何用途。

(2)由于胶水粘度高,因而其流平性较差,因而极可能形成左、右接触角不一致现象。如图片所示。因而,最基础的Young-Laplace方程拟合算法基本没用。

2、被测样品为厚度只有0.1mm的PE膜:样品不易形成很平整的表面,易造成水平基线位置有杂点。如图片所示。此时,采用局部轮廓拟合的切线法完全没有任何用武之地。

3、图像的清晰度、对比度差,进一步考验软件的边缘分析能力。

如下图片可下载后,再导入其他商业化的接触角测量仪分析软件中进行分析。如采购仪器时,也可让相应的供应商对本图片进行分析后再作最终评估。接触角测试仪最关键的在于处理异常图片或异常情况下的角度或表面张力测值。对于完美的图片的计算结果则无法准确评估其功能的强大与否的。

接触角测量仪测试图片

该图片如果采用ADSA-RealDrop算法进行分析时,结果为左接触角84.299度,右接触角95.408度。如下所示:

相应的边缘查找后台效果如下所示:

对于同一张图片,进行了8位灰度处理后,再采用其他商业化的接触角分析软件分析的结果如下所示:

1、自动水平线功能如下:

接触角测量仪自动基线

2、边缘查找功能如下:

接触角测量仪边缘查找功能

3、圆拟合计算接触角值的结果:

接触角测量仪圆拟合算法

4、椭圆拟合计算接触角的分析结果:

接触角测量仪椭圆拟合

5、切线法拟合计算接触角效果:

接触角分析仪切线法拟合

6、轴对称Young-Laplace方程拟合计算接触角:

接触角测量仪Young-Laplace方程拟合算法

 

 


如下为一张超高粘度胶水表面张力测试的图片:

通过图片可以看出,在彩色摄像机条件下,液滴的边缘轮廓不会出现黑白相机时的过曝光、边缘失去、轮廓大小因背景光亮度变化而变化等造成接触角测值精度降低的情况。由于被测试样品为高粘度胶水,因而,在图像中出现了明显的顶点位置的一个拉丝,即出现了常规条件下界面张力或表面张力测值的异常情况。

对于这样的图片,ADSA-RealDrop算法完全没有任何问题,由于其采用了两次拟合分析Bong Number和表面张力、接触角值的技术,在无顶点的情况下,仍可以分析出表面张力值。把下图放大后,可以看出,黄色的边缘线缺少了顶点部分完全被拟合的轮廓线(绿色)所补回,并完美地计算出了表面张力分析结果,左侧为27.469mN/m,右侧为27.841mN/m。左、右两侧表面张力差值不大,说明其垂直度较好,也已经形成了较好的Young-laplace弧线。

如下所示:

Young-Laplace方程拟合算法用于分析悬滴法表面张力值

由于世界上绝大多数的商业化的光学接触角测试仪均只能分析黑白图片,同一张图片进行8位灰度处理后的原图如下所示,供用户导入到相关软件后进行分析。

接触角测定仪悬滴法图片

如上的灰度图片目前对于大部分商业化的软件是无法正常工作的。

我们用PhotoShop软件并采用曲线工具对其进行了处理,处理后的图片如下所示:

如下图片,其他商业化的软件的边缘查找通常分析到了拉丝位置,如下所示:

接触角测试仪边缘查找功能

通过按Shief键或,可以拉动最下侧的ROI线,改变分析区域,重新进行边缘查找后的效果如下:

 


 

   
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