[发明专利]基于力学测试确定变温条件下固体材料表面能的方法

说明书

一种基于力学测试确定变温条件下固体材料表面能的方法，所述方法是采用力学测试装置，选择测试溶液，测试不同温度和浓度条件下所选测试溶液的表面张力，测试不同温度和溶液浓度条件下固体试样在测试溶液中降升时的单位周长平均润湿力，再根据测试溶液表面张力和固体试样的单位周长平均润湿力的关系计算出对应温度和浓度条件下固体试样与测试溶液间的动态接触角；然后确定不同温度下固体试样的表面能；最后根据不同温度下固体材料表面能拟合出所测定固体试样表面能随温度的变化规律，本方法准确地测试出了固体材料的整体平均表面能，特别是非均质固体材料，具有重要的科学意义和广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种固体材料表面能的测试方法，尤其是一种基于力学测试确定变温条件下固体材料表面能的方法。

背景技术

受测试理论与测试技术的限制，固体材料的表面能不可直接测试，目前主要采用劈裂功法、颗粒沉降法、熔融外推法、溶解热法、薄膜浮选法、接触角法、反气相色谱法等间接测试的方法，但均存在明显的不足，尤其是煤、岩石等非均质固体材料，一般认为光学法比较合适，但也存在着明显的缺陷，采用光学法测试静态接触角确定的表面能，只能代表测试点的表面能，不能准确表征试样整体的表面能，使测试结果存在较大偏差，这种现状严重影响了固体材料表面能的准确测试及相关领域研究的进展。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，本发明提供一种基于力学测试确定变温条件下固体材料表面能的方法。

实现本发明上述目的是通过以下技术方案实现。

一种基于力学测试确定变温条件下固体材料表面能的方法，其特征在于：

所述测试方法是通过恒温池升降按钮和恒温池升降装置调节恒温池和溶液池的高度；通过试样升降装置和试样位移传感器实现试样和白金吊环在测试溶液中的升降高度；通过恒温水浴调节器调控并维持恒温水浴箱中的介质温度，并由恒温池进液管及其蠕动泵向恒温池输送恒温介质，由恒温池出液管进行回流，通过连续循环恒温介质实现恒温池和溶液池内部温度恒定不变，实现对对变温条件下固体材料或非均质固体材料表面能的测试；

上述测试方法是采用力学测试装置进行的，所述力学测试装置包括控制系统、恒温系统和测试系统；

所述控制系统是在控制台的前端面设置有恒温池升降按钮，上端面设置有恒温池升降装置，一侧通过试样位移数据传输线、力传感器数据传输线和温度传感器数据传输线分别连接有试样位移传感器、力传感器和温度传感器；另一侧通过蠕动泵电线和控制台输出线连接有蠕动泵和计算机，实现对试样位移传感器、力传感器、温度传感器和蠕动泵的控制；

所述恒温系统是恒温池通过恒温池升降装置支撑于控制台上，一侧通过恒温池进液管和恒温池出液管连通有恒温水浴箱，并在恒温水浴箱上设置有恒温水浴调节器，在恒温池进液管上安装有蠕动泵，实现对恒温池的温度调控；

所述测试系统是在支撑架的上端头并位于恒温池的正上方依次吊设有试样升降装置、试样位移传感器、力传感器及其试样和白金吊环，并通过控制系统控制恒温系统，由测试系统进行测试，实现对变温条件下固体材料表面能的力学测定；

进一步的附加技术特征方案如下。

一种基于力学测试确定变温条件下固体材料表面能的方法，其特征在于：所述变温条件下固体材料表面能的具体方法是按下列步骤进行的：

1）搭建力学测试装置并调试仪器；

2）测试测试溶液的表面张力

a、选择测试溶液

设选择的测试溶液（13）为A；配制n种浓度的测试溶液（13），n≧3，分别记为C₁，C₂，...，C_i，...，C_n；

b、设计测试温度