一种水中油滴黏附行为测试装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种黏附行为测试装置，尤其涉及一种用于测试水环境中油滴在固体材料表面黏附行为的装置。


背景技术：

2.水环境中油滴在固体材料表面的黏附行为，对于研究表面自清洁、抗污染、微流体等领域具有重要的意义。一般地，油滴的黏附行为与材料表面的浸润性质紧密相关，水环境中油滴不易于黏附在亲水性材料表面，而易于黏附在疏水性材料表面；此外油滴的黏附行为还会受到固体表面微观结构的影响。现有技术中，通常通过测量油滴在材料表面的黏附力来评价油滴的黏附行为。黏附力是指在水中将油滴从固体表面拉离时实际所需的力，其可量化的、较准确的判别出油滴的黏附行为。然而，黏附力测试时需要借助高敏感性微电力学天平，并且需要将油滴以非常缓慢且稳定的速率从样品表面拉离，存在着设备投资费用高、操作复杂、测量误差较大等缺点。


技术实现要素：

3.发明目的：本实用新型的目的在于提供一种对设备要求低且操作简单的水环境中油滴油滴黏附行为测试装置。
4.技术方案：本发明的一种水中油滴黏附行为测试装置，包括底座，所述底座上设有用于放置透明容器的样品台，所述透明容器内的底部固定有用于测试的样品，所述透明容器的上方设有油滴固定装置，所述样品台的一侧设有用于控制油滴固定装置在竖直方向移动的升降机构，所述升降机构固定安装在底座上；所述透明容器的两侧分别设置有用于拍摄油滴运动过程的摄像头以及提供亮度的光源，所述光源固定在升降机构的一侧，所述摄像头固定在样品台上。
5.进一步地，所述油滴固定装置包括固定杆以及用于在水中悬浮固定油滴的金属圆环，所述金属圆环通过金属丝与固定杆的端部连接；所述固定杆与升降机构连接，固定杆由所述升降机构控制沿靠近或远离透明容器的方向移动。
6.进一步地，所述金属圆环的直径略小于油滴的直径，所述金属圆环的直径为1~2mm。
7.进一步地，所述升降机构包括u形支撑板、螺杆、驱动电机、升降块、主动齿轮以及从动齿轮；所述的u形支撑板与底座表面固定连接，u形支撑板的下端内壁固定连接有托板，托板的上端和u形支撑板的顶部内壁通过滚珠轴承转动连接有相互平行的螺杆和导向杆，托板的下端固定连接有驱动电机，驱动电机的输出轴固定连接有主动齿轮，螺杆的下端贯穿托板并固定连接有与主动齿轮相啮合的从动齿轮；所述螺杆的杆壁螺纹套接有升降块，升降块的一端与导向杆连接，另一端与油滴固定装置的固定杆连接。
8.进一步地，所述的摄像头，透明容器以及光源位于同一平面，可以保证光源对透明容器的补强，保证拍摄的图像效果更清晰，同时透明容器主要采用透明有机玻璃制备，以保
证整个容器的高透明度，大幅度增加其光照的面积，提高摄像头对容器内部油滴运动的捕捉效果。
9.进一步地，还包括用于向油滴固定装置进行滴油的油滴进样器，所述油滴进样器的针头端部设有鱼钩状的滴油管道。由于油滴固定装置的金属圆环是在透明容器中，且油滴位于油滴固定装置的下方，因此需要从侧面采用鱼钩状的进样器进行滴油操作，保证了油滴可以稳定、准确地滴加在油滴固定装置上。
10.进一步地，还包括与摄像头信号连接的用于显示拍摄图像的显示器。
11.进一步地，所述样品为片状或薄膜状。
12.本实用新型的测试原理：测试前在透明容器中盛满水，并将需要测试的固体材料平放贴于容器的底部，测试时，将水中油滴从固体表面被拉离的过程拍摄记录下来，然后通过观察分析照片（或录像）中油滴形状的变化及油滴残留情况，即可评价出油滴的黏附行为。当油滴在被拉离过程中仍保持完美的球形状，且固体材料表面没有任何油滴残留，表明油滴不易于在该材料表面黏附。而当油滴在被拉离时被拉长发生严重的扭曲变形，且表面残留有明显的油滴，表明油滴容易在该材料表面黏附。并且通过观察油滴扭曲变形的程度以及表面油滴的残留量，可评判出其黏附行为的强弱。
13.有益效果：本实用新型和现有技术相比，具有如下优点：本实用新型通过升降机构带动油滴固定装置，从而带动油滴在透明容器中上下运动，实现了水环境中油滴在固体材料表面的黏附行为测试，通过观察分析照片（或录像）中油滴形状的变化及表面油滴残留情况，即可评价出油滴的黏附行为。本实用新型整体对设备的要求不高、投资费用低，核心部件构造简单，测试操作简便且测试结果准确，适用于水环境中油滴在大部分固体材料表面的黏附行为测试。
附图说明
14.图1为本实用新型的整体结构示意图；
15.图2为油滴固定装置的部分结构示意图；
16.图3为油滴进样器的结构示意图；
17.图4为升降机构的结构示意图；
18.图5为实施例中的聚丙烯酸树脂薄膜亲水性表面油滴黏附行为测试结果图；
19.图6为实施例中的聚苯乙烯薄膜疏水性表面油滴黏附行为测试结果图。
具体实施方式
20.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
21.参见图1所示的一种水中油滴黏附行为测试装置，包括底座1，底座1上设有样品台2，样品台2上设有透明容器3，透明容器3采用有机玻璃制备，透明容器3的一侧设有固定连接的摄像头5，摄像头5采用电荷耦合器件（ccd）摄像头，摄像头5拍摄采集透明容器3内的油滴运动的实验过程，摄像头5的信号输出端与显示器9的信号输入端连接，显示器9采用m170etn01.1型号的液晶显示器，用于实时的显示拍摄油滴的试运动过程；在透明容器3的正上方设有油滴固定装置4，油滴固定装置4通过升降机构可控制其可以在竖直方向上缓慢移动，升降机构对应透明容器3的位置固定有一个光源6，摄像头5，透明容器3以及光源6位
于同一平面，光源6为led灯，可与外界的电源直接连接，用于对给摄像头5提供补强亮度，使拍摄结果更加清晰。
22.参见图2，油滴固定装置4包括固定杆41以及用于在水中悬浮固定油滴的金属圆环42，金属圆环42通过金属丝43与固定杆41的端部连接；这里的金属丝43采用易于弯折的铜丝，通过手工在其端部弯曲一个直径为1 mm的金属圆环42，金属圆环42用于固定油滴，固定杆41与升降机构连接，固定杆41由升降机构控制，沿靠近或远离透明容器3的方向移动，当金属圆环42完全进入透明容器3内时，在金属圆环42的底部滴上油滴，为了保证油滴的被金属圆环42固定，要保证金属圆环42的直径略小于油滴的直径；参见图3，升降机构包括u形支撑板71、螺杆72、驱动电机73、升降块74、主动齿轮75以及从动齿轮76；u形支撑板71与底座1表面固定连接，u形支撑板71的下端内壁固定连接有托板77，托板77的上端和u形支撑板71的顶部内壁通过滚珠轴承转动连接有相互平行的螺杆77和导向杆78，托板77的下端固定连接有驱动电机73，驱动电机73的输出轴固定连接有主动齿轮75，螺杆72的下端贯穿托板77并固定连接有与主动齿轮75相啮合的从动齿轮76；螺杆72的杆壁螺纹套接有升降块74，升降块74的一端与导向杆78连接，另一端与油滴固定装置的固定杆41连接，通过外接的电源控制驱动电机73启动，当驱动电机73启动时，通过其输出轴的转动带动主动齿轮75转动，主动齿轮75进一步带动从动齿轮76转动，进而带动转动螺杆72旋转，由于转动螺杆72的杆壁通过螺纹套接有升降块74，在导向杆22的限制下，升降块74可以在竖直方向上移动，升降块74的端部与油滴固定装置4的固定杆41通过卡扣连接，升降块74的移动进一步带动固定杆41进行移动，同时通过卡扣的设置可以方便油滴固定装置4的拆装。
23.参见图4，其为用于向油滴固定装置4进行滴油的油滴进样器8，油滴进样器8的针头端部设有鱼钩状的滴油管道81，由于油滴需要固定在金属圆环42的底部，因此通过鱼钩状的设计可便于进样器8的针头口直接伸入至金属圆环42的底部。
24.在具体测试的时候，将固体材料样品10平放置于盛有水的透明容器3底部，样品10一般为片状或薄膜状，通过胶带粘贴固定；然后通过升降机构调节油滴固定装置4的金属圆环42伸入透明容器3的水中，使其距离样品表面有一定距离；接着使用油滴进样器8利用鱼钩状的结构将2微升的油滴滴加悬浮固定在金属圆环42上；接着继续启动升降机构，使油滴缓慢竖直向下移动至接触样品表面；然后使油滴缓慢向上移动直至被拉离样品表面。整个过程中油滴的形状变化和表面油滴残留等现象通过ccd摄像机5拍摄记录下来。还可以通过移动透明容器3的位置在样品表面选取多个点进行测试，以提高黏附行为判断的准确性。
25.参见图5，图中（a）、（b）和（c）分别为油滴从聚丙烯酸树脂薄膜表面被拉离前、拉离时和拉离后的照片。由图可见，油滴在脱离样品薄膜表面的瞬间保持了完美的球形状，且样品表面没有任何油滴残留。表明亲水性聚丙烯酸树脂材料表面不易于被油滴黏附，其表面油滴黏附行为较弱。
26.参见图6，图中（a）、（b）和（c）分别为油滴从聚苯乙烯片材表面被拉离前、拉离时和拉离后的照片。由图可见，油滴在脱离样品片材表面时被拉长发生了严重的扭曲变形，且样品表面残留有大量的油滴。表明疏水性聚苯乙烯材料表面易于被油滴黏附，其表面油滴黏附行为很强。