液體(ti)(ti)(ti)對固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)的(de)可潤(run)濕性與二者表(biao)面(mian)能(neng)的(de)大小有關，當(dang)液體(ti)(ti)(ti)潤(run)濕固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)時，液體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)張力越(yue)小、固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)能(neng)越(yue)高，一般液體(ti)(ti)(ti)越(yue)易(yi)于在(zai)(zai)(zai)該固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)鋪展。在(zai)(zai)(zai)粘(zhan)接(jie)、涂(tu)覆(fu)或印(yin)刷時，需(xu)要(yao)固(gu)(gu)液間良好的(de)潤(run)濕性和(he)相(xiang)應較(jiao)高的(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)能(neng)；在(zai)(zai)(zai)腐蝕和(he)防霧等應用(yong)場景，則需(xu)要(yao)較(jiao)低的(de)固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)能(neng)。因(yin)此固(gu)(gu)體(ti)(ti)(ti)表(biao)面(mian)能(neng)的(de)測量，在(zai)(zai)(zai)涂(tu)料、膠結、復合材料、3D打(da)印(yin)等領域具(ju)有重要(yao)的(de)實用(yong)意義。

固(gu)體(ti)表(biao)面能(neng)的測定可(ke)以(yi)利用接觸角法，根據楊氏方(fang)程，固(gu)液(ye)接觸角θ，液(ye)體(ti)表(biao)面張力γl，固(gu)液(ye)界面張力γsl以(yi)及固(gu)體(ti)表(biao)面自由能(neng)γs之間存在以(yi)下關系：

γs＝γl*cosθ+γsl(1)

Fowkes認為，在分子間的(de)各種(zhong)相互(hu)作(zuo)用(yong)都對表面能(neng)有(you)貢獻，因此(ci)固液(ye)之間形成界(jie)面的(de)界(jie)面張力同時滿足式(2)的(de)關(guan)系：

其中(zhong)γd，γp分(fen)別為表(biao)面(mian)(mian)能中(zhong)的色散分(fen)量和極性分(fen)量。將(1)(2)聯立，得到固(gu)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)能分(fen)量與(yu)接觸角(jiao)之(zhi)間的關系如式(3)所(suo)示(shi)，實踐(jian)中(zhong)可(ke)以通(tong)過(guo)測定已知液體(ti)(ti)(探(tan)測液體(ti)(ti))與(yu)固(gu)體(ti)(ti)間的接觸角(jiao)，進而算出固(gu)體(ti)(ti)表(biao)面(mian)(mian)能(極性分(fen)量與(yu)色散分(fen)量之(zhi)和)：

傳統(tong)拉絲法制備(bei)的(de)(de)連(lian)續纖維，直徑一般(ban)大(da)于(yu)10μm，探測(ce)液體(ti)(ti)與固體(ti)(ti)間的(de)(de)接觸(chu)角可(ke)以采用Sessile液滴法或Wilhelmy法測(ce)量，如圖1所示。

對于采(cai)用離心(xin)法(fa)或吹(chui)噴(pen)法(fa)制成的絮狀纖維(wei)，平(ping)均長(chang)度和(he)平(ping)均直(zhi)徑分(fen)別僅有2mm和(he)～4μm，如圖2所示(shi)，難以實(shi)施上(shang)述(shu)兩種方法(fa)測量(liang)探(tan)測液體與絮狀纖維(wei)的接觸角，因此無法(fa)表征其表面能(neng)。

對于液體(ti)與粉(fen)末間(jian)接觸(chu)角的(de)測量，通常采用(yong)Washburn法(fa)，即用(yong)底(di)端具有過濾介質(zhi)的(de)玻(bo)璃管(guan)承裝粉(fen)末，再將玻(bo)璃管(guan)底(di)端與測試液體(ti)相接觸(chu)。由于毛細作用(yong)，液體(ti)被(bei)吸起，玻(bo)璃管(guan)質(zhi)量隨(sui)時間(jian)的(de)增加(jia)而(er)增加(jia)，懸吊在力傳(chuan)感器可以記錄質(zhi)量的(de)變化。這一過程中(zhong)，粉(fen)末中(zhong)的(de)空隙起到毛細作用(yong)，可以用(yong)Washburn方程(4)來描述：

式(shi)中m＝質(zhi)量；t＝流動時間(jian)；σ＝液(ye)(ye)體的(de)(de)表面張力；c＝粉末的(de)(de)毛(mao)(mao)細(xi)常(chang)數(shu)；ρ＝液(ye)(ye)體密度(du)(du)(du)(du)；θ＝接觸(chu)角(jiao)(jiao)；η＝液(ye)(ye)體粘度(du)(du)(du)(du)。其中，質(zhi)量、流動時間(jian)、液(ye)(ye)體的(de)(de)密度(du)(du)(du)(du)、液(ye)(ye)體的(de)(de)表面張力、液(ye)(ye)體的(de)(de)粘度(du)(du)(du)(du)都可(ke)(ke)測量或查表得到，因此式(shi)(4)中僅有(you)接觸(chu)角(jiao)(jiao)θ和粉末的(de)(de)毛(mao)(mao)細(xi)常(chang)數(shu)c是未知量。若想求出某液(ye)(ye)體與待(dai)測粉末的(de)(de)接觸(chu)角(jiao)(jiao)θ，可(ke)(ke)以通(tong)過利(li)用(yong)另一(yi)已知接觸(chu)角(jiao)(jiao)的(de)(de)液(ye)(ye)體得到該(gai)體系(xi)的(de)(de)毛(mao)(mao)細(xi)常(chang)數(shu)c，對于同(tong)種(zhong)粉末，毛(mao)(mao)細(xi)常(chang)數(shu)僅與體系(xi)壓(ya)實程(cheng)度(du)(du)(du)(du)有(you)關。目前確保(bao)粉末材(cai)料表面能測量中，體系(xi)壓(ya)實度(du)(du)(du)(du)相同(tong)的(de)(de)操作方法為(wei)：兩(liang)次在(zai)玻璃管(guan)中稱取(qu)同(tong)樣(yang)質(zhi)量的(de)(de)粉末后，通(tong)過震蕩使粉末在(zai)樣(yang)品管(guan)中高度(du)(du)(du)(du)相同(tong)，從(cong)而確保(bao)粉末在(zai)測量中的(de)(de)密實排列(lie)。

由于(yu)傳統測(ce)量(liang)連(lian)續纖(xian)(xian)維(wei)與探測(ce)液體(ti)接觸(chu)角的(de)(de)Sessile法(fa)和Wilhelmy法(fa)需要(yao)(yao)較大纖(xian)(xian)維(wei)長度和直徑才能實施測(ce)量(liang)，絮狀(zhuang)纖(xian)(xian)維(wei)直徑小，長度短，沒有(you)達到能使用現有(you)的(de)(de)接觸(chu)角測(ce)量(liang)手段的(de)(de)要(yao)(yao)求，因此通過現有(you)的(de)(de)Sessile法(fa)和Wilhelmy法(fa)不能表(biao)征出絮狀(zhuang)纖(xian)(xian)維(wei)的(de)(de)表(biao)面能。

針對(dui)現有纖(xian)(xian)維表(biao)面能(neng)測量(liang)Sessile法和Wilhelmy法不適用于(yu)超細纖(xian)(xian)維的問(wen)題(ti)，下面通過Washburn法并(bing)結(jie)合設計的專用裝(zhuang)置，能(neng)夠解決超細纖(xian)(xian)維與液體(ti)接觸角不能(neng)測量(liang)的問(wen)題(ti)，從(cong)而實現精確(que)測量(liang)超細纖(xian)(xian)維表(biao)面能(neng)的目標。

一種(zhong)超細纖(xian)維表(biao)面能測量(liang)方法(fa)，基于一套樣品容納裝(zhuang)(zhuang)置，裝(zhuang)(zhuang)置包括：

樣品(pin)(pin)管，用于(yu)容納樣品(pin)(pin)，樣品(pin)(pin)管的上端具(ju)有(you)上端開口；

活動塞(sai)，包括塞(sai)體和(he)端(duan)部(bu)，所(suo)述(shu)(shu)(shu)塞(sai)體與所(suo)述(shu)(shu)(shu)樣品管的(de)所(suo)述(shu)(shu)(shu)上端(duan)開口(kou)緊密配合(he)，活動塞(sai)的(de)所(suo)述(shu)(shu)(shu)端(duan)部(bu)直(zhi)徑(jing)大于所(suo)述(shu)(shu)(shu)樣品管的(de)上端(duan)開口(kou)直(zhi)徑(jing)；

所述(shu)樣(yang)品管的底部設有供(gong)液體流出的漏孔；

包括以下步驟：

S1、稱取所述樣品(pin)容納裝置的質量m1；

S2、將(jiang)待(dai)測(ce)超細纖維裝(zhuang)入所述樣品管，并壓(ya)實到樣品管上(shang)的(de)標記(ji)線位置；

S3、將(jiang)活動塞(sai)塞(sai)入樣(yang)品管(guan)的(de)上端開口，確保待測(ce)超細(xi)纖(xian)維的(de)上表面與樣(yang)品管(guan)上標記線持平，稱取樣(yang)品容納裝(zhuang)置及其中待測(ce)超細(xi)纖(xian)維的(de)整體(ti)質(zhi)量(liang)m2，算出待測(ce)超細(xi)纖(xian)維質(zhi)量(liang)m＝m2-m1；

S4、在動態表面張力儀上測量管中待測超細纖維吸附該低(di)表面能液(ye)體過(guo)程中重力(li)-位移(yi)變化曲線；

S5、將測(ce)量(liang)后的待測(ce)超細纖(xian)維取出，清洗(xi)、晾(liang)干(gan)樣品管；

S6、重復裝(zhuang)填步驟S1～S3，確保本次裝(zhuang)填待(dai)測超細纖(xian)維的質(zhi)量與m相(xiang)等；

S7、通過步(bu)驟S4得到(dao)的所述(shu)重力-位移變化曲(qu)線(xian)計算(suan)樣品管中(zhong)該待(dai)測(ce)超細纖維(wei)的毛細常數(shu)c，使用該毛細常數(shu)c，在(zai)動態表面(mian)張力儀上測(ce)量管中(zhong)待(dai)測(ce)超細纖維(wei)與(yu)探測(ce)液體(ti)1的接觸角CA1；

S8、重復步(bu)驟S5～S7，獲得(de)待測超細纖維與探(tan)測液體(ti)2的接觸角CA2；

S9、通過接(jie)觸角CA1、接(jie)觸角CA2計算待(dai)測超細纖維的表(biao)面能。

步驟S4中，所述低表面能液體包括(kuo)：正乙烷、碳氟化合(he)物、正庚烷、正辛烷、甲醇(chun)、乙醚中的任(ren)意一種。

所(suo)述活動塞長度不超過所(suo)述樣品管內腔高度的1/3。

所(suo)述活動塞的端(duan)部厚度范圍在2～5mm。

所述樣(yang)品(pin)管的(de)管壁帶有標記線，所述活動塞與(yu)樣(yang)品(pin)管緊密配合后，活動塞的(de)塞體(ti)下緣能(neng)夠與(yu)所述標記線平齊。

所(suo)述活動(dong)塞的(de)材料包括橡(xiang)膠、磨砂玻(bo)璃、松(song)木中的(de)任意一種。

所(suo)述(shu)探測液(ye)體根(gen)據待測超(chao)細纖維選擇，使探測液(ye)體與待測超(chao)細纖維的接觸角大于0，小于90°。

效果：

這(zhe)種超細(xi)(xi)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)表面(mian)能測量(liang)(liang)(liang)方法(fa)，基于(yu)Washburn法(fa)以(yi)及一套樣品容納裝(zhuang)置，能夠限(xian)制測量(liang)(liang)(liang)過程中纖(xian)(xian)維(wei)(wei)吸附液(ye)體后膨(peng)脹，確保(bao)體系常數(shu)測量(liang)(liang)(liang)和(he)探針液(ye)體接觸(chu)角測量(liang)(liang)(liang)中，玻(bo)璃(li)管中超細(xi)(xi)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)的(de)(de)毛(mao)細(xi)(xi)常數(shu)相同，減小使(shi)用Washburn法(fa)測量(liang)(liang)(liang)時，由于(yu)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)膨(peng)脹引(yin)起的(de)(de)測得的(de)(de)接觸(chu)角誤差，從而(er)達到提(ti)高(gao)超細(xi)(xi)纖(xian)(xian)維(wei)(wei)表面(mian)能測量(liang)(liang)(liang)結(jie)果準確性的(de)(de)目的(de)(de)。