[发明专利]一种纤维接触角在线测量方法与装置

权利要求书

1.一种纤维接触角的在线测量方法，其特征在于：使用单根纤维液滴形状接触角测定仪，该测定仪包括光学显微镜、数码摄像装置、计算机、悬挂装置以及密闭系统；用喷雾器或者微量注射器将聚合物溶液以液滴的形态悬挂于单根纤维上，并将纤维固定在悬挂装置上，将悬挂装置放在光学透明并且温度可控的密闭体系中，密闭体系内嵌有平衡槽，槽中注入待测聚合物溶液；调节密闭体系的温度、压力与平衡槽中溶液的浓度，待液滴达到平衡后，利用光学显微镜、数码摄像装置以及计算机获取纤维上液滴的形态图，并通过计算软件对液滴形态图进行处理和分析，获取液滴的特征尺寸和形状，计算液滴的浓度和接触角；其中：

所述计算液滴接触角的步骤如下：

设o点为液滴形状图的对称中心和直角坐标系的原点，弧线abc表示达到平衡态时液滴的外轮廓，θ为液滴与纤维的接触角，r为纤维半径，h为液滴的最大高度，l为液滴的最大长度；

在液滴外轮廓上任取一点p(x，y)，将h，x，y分别除以纤维半径r得到无量纲量H(h/r)，X(x/r)，Y(y/r)；液滴轮廓上点p的坐标X，Y符合关系式(1)、(2)：

其中

a=Hcosθ-1H-cosθ---(3)]]>

k2=1-a2H2---(4)]]>

F与E分别为第一类与第二类勒让德标准椭圆积分；从显微拍照得到的液滴形态图上可以精确得到液滴的最大高度H，液滴轮廓上任意点p的坐标(X，Y)，假设一系列的接触角θ_s值作为θ，由假定的接触角值θ_s与值H由关系式(3)计算得到值a，再利用关系式(4)得到值k，然后与Y一起代入式(1)可得到值最后由关系式(2)算得X_s，如果X_s与X一致，则认为θ_s就是液滴溶液与纤维的接触角；

构造函数

函数f是θ的一元函数，使f取得最小值的θ就是液滴与纤维的接触角；

通过计算机在一个液滴外轮廓上随机选取20到50个点，计算其接触角的平均值作为此种聚合物在此浓度下的溶液液滴与纤维的接触角。