基于接触角法表征纺织品表面润湿性应用研究

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1、基于接触角法表征纺织品表面润湿性应用研究摘要：纺织品在日常使用中会接触到各类液体，表面润湿性是其表面性质的重要特征之一，是与其实际使用要求密切相关的一项性能。本文重点详述了纺织品表面润湿性的现象和原理，接触角试验方法，接触角在纺织品表面润湿性中的应用及研究状况。关键词：接触角；表面润湿性;躺滴法;超疏水表面；荷叶效应随着生活质量的提高和科技水平的进步，人们对纺织品的性能也提出越来越多的要求。表面润湿性是纺织品的一项重要指标，是评价其具有拒水性/亲水性的项目之一。例如医用防护服、手术单、户外运动服装

2、、墙布、桌布、雨衣、防雪服等产品都对表面润湿性有不同的要求，以确定其是否能够满足实际环境的应用。接触角试验方法通过测量纺织品表面与液体之间的接触角大小，得到可量化的接触角值来表征纺织品的表面润湿性，还可以通过观察纺织品表面接触角的变化情况了解其润湿过程。1表面润湿性润湿是固体表面上的一种流体被另一种流体所取代的过程，往往是指液体取代气体的过程。表面润湿性是液体在体表面上附着的现象，是固体表面的重要性质之一，也是自然界常见的一种界面现象。自然界中的荷叶、玫瑰花瓣和鳞翅目昆虫翅膀等表面都存在特殊的微观

3、几何结构以及具有一定疏水性的化学组成，其表面与水滴的接触角可以迖到160°，水滴在这样的表面很容易滚落，如图1所示荷叶上的水珠，这种现象被称为荷叶效应。荷叶效应理论已经应用到很多行业，而在纺织行业中，很多企业基于这种理论开发了具有荷叶效应的织物，该类织物具有超疏水的能力。1荷叶效应著名的杨氏方程揭示了在理想的光滑表面上，当液滴达到平衡时表面张力与接触角之间的函数关系。一般当固一液间的接触角090°时，认为表面具有疏水性质，如图2(b)所示［1］。2接触角示意纺织品的表面润湿性通常包括对织物表面润湿

4、性和单根纤维表面润湿性的研究。对于织物而言，它是纤维的集合体，纤维之间存在空气，其表面润湿是液体和纤维集合体之间的相互作用过程；而单根纤维的润湿，则遵循固体表面的润湿原理［2］。润湿作用包括沾湿、铺展、浸湿三种类型，对于织物来讲，其表面润湿性主要是沾湿和铺展；而对于纤维以及染色工艺来讲，其表面润湿性主要是研究浸湿。2接触角试验法接触角是在固_液_气三相交界处，作液_气界面的切线穿过液体与固液交界线之间的夹角，它是表面润湿程度的度量，如图2所示。接触角是肉眼可以观测到的一种界面现象，是液体与固体表面

5、相互作用的直观表现。将液体滴于织物表面，液体可能在织物表面形成一个具有一定接触角的液滴并停留在织物表面，也可能铺展开来并被织物吸收。接触角的大小可以用来表征织物表面的润湿性或者疏水性，接触角越小，表明织物润湿性越好，疏水性越差；接触角越大，表明润湿性越差，疏水性越好。液滴的平衡是体系能量趋向最小化，使液滴在固体表面处于稳定状态，静态接触角是固一液一气界面间表面张力平衡的结果。织物表面的润湿性能一般采用静态接触角表示，简称接触角来衡量。常用的纺织品接触角试验方法主要包括座滴法和Wilhelmy法，其

6、中座滴法适用于织物的接触角测量，而Wilhelmy法则适用于单根纤维接触角的测量。2.1座滴法座滴法是测量织物表面与液体间接触角的一种最常用方法，也称躺滴法，将规定体积的液滴直接滴在织物表面上，然后通过量角法、量高法、液滴形状分析法和光反射法等方法来测量液滴在织物表面的接触角。(1)量角法：将一个液滴滴在织物表面，在获得织物和液滴的清晰图像后，在固一液一气三相交界处作液一气界面的切线，使用量角器直接量出接触角大小的一种方法。该方法的优点是操作方便快捷，缺点则是受试验人员的操作影响较大，精度较低，不

7、能实现连续动态测量接触角的变化情(2)量高法：当液滴的体积小于6uL时，可忽略重力作用对液滴形状的影响，认为液滴呈现标准圆或者标准圆的一部分［3］。将一个液滴滴在织物表面上，通过测量织物表面上液滴的高度和接触面的宽度来计算接触角，同时可以通过连续跟踪测量液滴高度和接触面的宽度来得到动态的接触角变化情况。(3)液滴形状分析法：随着计算机图像处理技术的发展，其在接触角测量中发挥了越来越重要的作用，计算机软件可以通过使用液滴形状分析算法来计算接触角。常见的液滴形状分析算法包括：多项式拟合法、Snake法

8、、轴对称液滴形状分析法、Young-La-place方程数值综合法和解析近似法等。液滴形状分析法重复性好，误差小，精确度高，已广泛应用于接触角测量中［4］。(4)光反射法：将液滴滴在织物表面后，将光源通过狭缝照射到三相交界处，通过改变光的入射方向，当反射光刚好沿着固体表面发出时，可根据入射光与反射光的夹角计算接触角，光反射法只能用于测定小于90°的接触角，局限性大，并且操作繁复、难度较大。2.2Wilhelmy法Wilhelmy法可用于测定液体的表面张力和液体在单根纤维上的接触角，