[发明专利]一种固体材料表面粘附力测量方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于力学测试仪器领域，特别涉及一种固体材料表面粘附力测量方法及系统。

背景技术

空气中微颗粒无处不在，充斥于人类活动的各种空间，微颗粒常常悬浮于空气中，并会粘附于各种物体表面，不同物体表面的结构、化学成份、物理特性各异，如何有效测量不同材料表面对微颗粒的粘附能力的大小，一直没有专门的检测仪器和规范程序。

目前，获得物体间粘附力数值往往是通过探针原子力显微镜（AFM）、离心力测量类仪器得到。众所周知，探针原子力显微镜购置、使用成本高，操作技术难度大，专业性强，测量对象的选择具有局限性，往往需要根据不同测试目的、测试对象进行局部结构调整来实现，作为精密仪器传感器灵敏、操作复杂易在使用过程中发生损坏。而对目前力学类测量仪器来说，由于微颗粒与固体表面的粘附力很微弱，通常采用微、纳米力学来衡量粘附力大小，因此对于普通力学测量仪器来说存在测量精度差、操作困难等问题，需要针对性的开发出一种简单易用、使用成本低、可靠性较好的测量方法与测试系统。

发明内容

本发明提供一种固体材料表面粘附力测量方法及系统，其目的在于克服现有技术中的不足，简单且准确的测量固体材料表面粘附力。

本发明采用如下技术方案：

一种固体材料表面粘附力测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设置一个用于固定待测固体材料的测试水平支架（4）和一个颗粒容器（10）,并将测试水平支架（4）和颗粒容器（10）调整为水平状态；

步骤2：将待测固体材料固定于测试水平支架（4）下表面；

步骤3：选取直径不同的测试用标准微颗粒置于颗粒容器（10），其中，标准微颗粒粒径范围是0.1～100μm，密度范围是1.0～10×10³kg/m³；

步骤4：调节测试水平支架（4）使待测固体材料表面与颗粒容器中的标准微颗粒发生直接接触后，向上平移测试水平支架直至与颗粒容器中的标准微颗粒分离开，观测待测固体材料表面所能粘附的最大标准微颗粒粒径；

步骤5：选取粒径与步骤5中得到的最大标准颗粒粒径相差在10μm内的各种标准微颗粒，替代步骤3中的标准微颗粒，装入颗粒容器中，重复步骤5，直至待测固体材料表面不能粘附更大粒径的标准微颗粒时，得到待测固体材料表面所能粘附的最大标准微颗粒粒径d；

步骤6：计算待测固体材料表面粘附力F：

F=πd36(ρ1-ρ0)g]]>

其中，ρ₀为空气实际密度，ρ₁为标准微颗粒密度，d为标准微颗粒粒径，g为重力加速度。

所述标准颗粒粒径是利用摄像头拍摄粘附了标准微颗粒的待测固体材料表面，对采集的图像利用现有技术中的图像分析软件进行分析与计算得到。

所述摄像头为100～300万像素的彩色摄像头。

所述图像分析软件为北京泰克仪器的显微电脑图像分析系统、上海中恒仪器的201A-M显微图像分析系统，或北京嘉恒中自的OK_IPAS通用图像处理分析系统中的一种。

一种基于上述方法的固体材料表面粘附力测量系统，包括测试水平支架（4）、螺杆Ⅰ（2）、螺杆Ⅱ（3）、水平底座（9）、颗粒容器（10）、摄像头Ⅰ（7）、摄像头Ⅱ（8）、温度传感器（11）、湿度传感器（12）、气压传感器（13）、计算机（14）及图像采集与分析单元（15）；

螺杆Ⅰ（2）竖直固定于水平底座（9）上，测试水平支架（4）吊装在螺杆Ⅱ（3）上，调节螺杆Ⅱ（3）带动测试水平支架（4）沿水平方向移动；螺杆Ⅱ（3）安装在螺杆Ⅰ（2）上，调节螺杆Ⅰ（2）使得螺杆Ⅱ（3）带动测试水平支架（4）沿竖直方向平移；