Zrozumienie sposobu, w jaki ciecze oddziałują z powierzchniami stałymi — czyli zwilżalności powierzchni — ma kluczowe znaczenie w wielu branżach, takich jak elektronika, powłoki, wyroby medyczne czy opakowania. Dwiema najczęściej stosowanymi metodami oceny zwilżalności i energii powierzchniowej są pomiar kąta zwilżania oraz testy pisakami dyne (pisakami napięcia powierzchniowego). Jak te metody wypadają w porównaniu i dlaczego warto zastąpić pisaki dyne pomiarem kąta zwilżania?
Porównanie technik
Pomiar kąta zwilżania
Pomiar kąta zwilżania jest ilościową metodą, która określa kąt, jaki tworzy kropla cieczy na granicy z powierzchnią stałą. Kąt ten bezpośrednio odzwierciedla stopień zwilżalności:
-
Niski kąt zwilżania = wysoka zwilżalność (ciecz rozpływa się po powierzchni)
-
Wysoki kąt zwilżania = niska zwilżalność (ciecz tworzy kroplę)
Pomiary są zazwyczaj wykonywane przy użyciu tensjometru optycznego, który zapewnia wysoką dokładność i powtarzalność wyników. Pomiar kąta zwilżania może obejmować kąty statyczne, kąty natarcia i cofania, dostarczając szczegółowych informacji o właściwościach powierzchni.
Pisaki dyne / pisaki napięcia powierzchniowego
Pisaki dyne (pisaki napięcia powierzchniowego) to szybka i prosta jakościowa metoda szacowania energii powierzchniowej materiałów, szczególnie tworzyw sztucznych i folii. Są to markery z filcową końcówką, wypełnione cieczami o znanym napięciu powierzchniowym (wyrażanym w dynach/cm).
Podczas testu rysuje się linię na badanej powierzchni i obserwuje zachowanie cieczy:
-
jeśli ciecz rozpływa się i pozostaje ciągła przez co najmniej 2 sekundy, energia powierzchniowa powierzchni jest wyższa niż wartość pisaka,
-
jeśli ciecz zbiera się w krople lub linia się rozpada, energia powierzchniowa jest niższa niż wartość pisaka.
Choć pisaki dyne / pisaki napięcia powierzchniowego umożliwiają szybki test, uzyskiwane wyniki są subiektywne, zależne od operatora i wyłącznie jakościowe. Dodatkowo nie ma możliwości zapisu wyników do celów kontroli jakości, a zastosowanie tej metody jest ograniczone do określonych typów powierzchni.
Dlaczego pomiar kąta zwilżania jest lepszą alternatywą?
Pomiar kąta zwilżania pozwala na ilościową i obiektywną ocenę powierzchni. Jest wykonywany automatycznie przy użyciu tensjometru optycznego, co eliminuje wpływ operatora na wynik. Uzyskane dane mogą być łatwo zapisywane, archiwizowane i wykorzystywane w procedurach kontroli jakości.
Metoda ta nadaje się do szerokiego zakresu materiałów — od bardzo hydrofilowych po silnie hydrofobowe — oraz umożliwia analizę dynamicznych efektów zwilżania.
Porównanie metod
| Cecha | Pomiar kąta zwilżania | Pisaki dyne / pisaki napięcia powierzchniowego |
|---|---|---|
| Rodzaj danych | Ilościowe (kąt, energia powierzchniowa) | Jakościowe / progowe |
| Precyzja | Wysoka | Niska |
| Zakres powierzchni | Szeroki (metale, szkło, polimery) | Głównie gładkie, nieporowate |
| Zależność od operatora | Niska (automatyzacja) | Wysoka (subiektywność) |
| Szybkość | Umiarkowana (sekundy–minuty) | Bardzo szybka (sekundy) |
| Koszty eksploatacji | Jednorazowy koszt aparatu | Koszt regularnej wymiany pisaków |
| Informacje zaawansowane | Tak (histereza, dynamika, niejednorodność) | Nie |
Jak zastąpić pisaki dyne pomiarem kąta zwilżania?
Najczęściej stosowanym podejściem przy zastępowaniu pisaków dyne / pisaków napięcia powierzchniowego jest pomiar kąta zwilżania wody. Sam kąt zwilżania wody może służyć do oszacowania swobodnej energii powierzchniowej (SFE):
-
Niski kąt zwilżania wody = wysoka energia powierzchniowa
-
Wysoki kąt zwilżania wody = niska energia powierzchniowa
Możliwe jest również przygotowanie krzywej kalibracyjnej, która pozwala powiązać konkretną wartość kąta zwilżania z wymaganymi parametrami powierzchni. Jeżeli konieczne jest dokładne wyznaczenie energii powierzchniowej, można je łatwo przeprowadzić przy użyciu tego samego tensjometru optycznego, stosując odpowiednie modele obliczeniowe.
Podsumowanie
Zarówno pomiar kąta zwilżania, jak i testy pisakami dyne / pisakami napięcia powierzchniowego mają swoje miejsce w badaniach powierzchni i kontroli jakości. Wybór metody zależy od wymaganej precyzji, szybkości oraz kontekstu zastosowania. Jednak w przypadku aplikacji wymagających wysokiej dokładności, powtarzalności i pełnej dokumentacji wyników, pomiar kąta zwilżania pozostaje złotym standardem, zapewniającym znacznie więcej informacji niż metody jakościowe.
na podstawie tekstu Susanny Lauren
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz