不透明液體與固體表面接觸角的測量方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，主要解決現(xiàn)有技術中無法測量不透明液體與固體表面接觸角的問題。本發(fā)明通過采用一種不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，主要包括以下步驟：(1)將固體試樣固定在測試容器內(nèi)的固體試樣測試支架上；(2)在測試容器內(nèi)注入透明介質，透明介質的液面高度大于固體試樣的下表面高度，且密度大于不透明液體的密度；(3)調整視頻光學接觸角測量儀、光源焦距、拍攝角度，使得拍攝圖像清晰；(4)將待測試的不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面；(5)拍攝不透明液體液滴圖像并計算接觸角的技術方案較好地解決了上述問題，可用于不透明液體與固體表面接觸角的測量中。
【專利說明】不透明液體與固體表面接觸角的測量方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，尤其適用于原油與固體表面接觸角的測量。

【背景技術】
[0002]液體在固體材料表面上的接觸角，是衡量該液體對材料表面潤濕性能的重要參數(shù)，對接觸角的測量可以獲得固-液、固-氣相互作用的相關信息。接觸角測量技術在石油工業(yè)、醫(yī)藥材料、芯片產(chǎn)業(yè)、低表面能無毒防污材料、化妝品、農(nóng)藥、印染、造紙、噴涂等領域有著重要的應用。
[0003]液體部分潤濕固體表面時，液體在固體表面形成液滴，固體對液體的接觸角越大，表明該液體對表面的潤濕性越差。
[0004]在原油輸送過程中，原油中水在管道的底部沉積，水及水中的腐蝕性介質可能對管道造成腐蝕，而原油自身不具有腐蝕性。由于原油和水在管道內(nèi)部的流動，在一定的流態(tài)下，原油可能間歇性的接觸管道底部表面，有助于抑制管道腐蝕。但原油在管道表面的潤濕性與原油的性質及管道表面狀態(tài)等因素有關，因此，測量原油在水環(huán)境中對固體表面的潤濕性，即接觸角，十分必要，但原油一般不透明，這增加了測量的難度。
[0005]目前對表面接觸角的測量較多的是針對透明液體在透明氣體或透明液體環(huán)境中，如水在空氣或水在透明油的表面接觸角測量。CN201110342914.2公開了一種憎水性時靜態(tài)接觸角檢測方法，首先采集水珠圖像，然后對水珠圖像進行分析，對不同條件下的水珠選擇指定的算法進行分析，最后求得接觸角。CN201110343828.3提供了一種親水性時水珠靜態(tài)接觸角的檢測方法，包括:獲取水珠圖像；選擇圓擬合算法或者橢圓擬合算法計算水珠靜態(tài)接觸角的估計值；根據(jù)水珠體積和計算出水珠靜態(tài)接觸角的估計值，選擇圓擬合算法或者橢圓擬合算法計算水珠靜態(tài)接觸角的精確值。
[0006]由于光不能透過不透明液體，因此，上述方法不適用于不透明液體在固體表面的接觸角測量，特別當不透明液相密度比另一透明液相的密度低時，無法測量不透明液相與固相的接觸角。
[0007]本發(fā)明有針對性的解決了該問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有技術中無法測量不透明液體與固體表面接觸角的問題，提供一種新的不透明液體與固體表面接觸角的測量方法。該方法用于原油與固體表面接觸角的測量中，具有可以測量不透明液體與固體表面接觸角的優(yōu)點。
[0009]為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:一種不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，主要包括以下步驟:(1)將固體試樣固定在測試容器內(nèi)的固體試樣測試支架上；(2)在測試容器內(nèi)注入透明介質，透明介質的液面高度大于固體試樣的下表面高度，且密度大于不透明液體的密度；(3)調整視頻光學接觸角測量儀、光源焦距、拍攝角度，使得拍攝圖像清晰；(4)將待測試的不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面；(5)拍攝不透明液體液滴圖像并計算接觸角。
[0010]上述技術方案中，優(yōu)選地，通過注射針將不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面。
[0011]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述測試容器由選自聚碳酸酯、光學玻璃、無色透明有機玻璃等透明的材質制作。
[0012]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述測試容器頂部截面為圓形，且采用密封圈密封。
[0013]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述測試容器的頂部密封蓋上設有進氣管、出氣管和pH計，通過進氣管和出氣管向透明介質中通入氣體達到除氧或通入實驗氣體的目的，pH計的測試端插入透明介質的液面以下。
[0014]上述技術方案中，優(yōu)選地，所述測試容器側壁上、固體試樣測試支架上開有注射針進入的小孔。若注射針為彎頭針，從測試容器頂部的PH計口插入注射針，將不透明液滴加注到固體試樣的下表面。
[0015]上述技術方案中，優(yōu)選地，在測試容器上被光源照射的容器壁及相對的壁面上分別開孔，并安裝拍攝平面，避免光的散射影響測試結果，光通過拍攝平面在原油液滴表面成像并被照相機拍攝。
[0016]上述技術方案中，優(yōu)選地，不透明液體為原油，透明介質為水。
[0017]采用本發(fā)明的方法進行不透明液體(如原油)與固體表面的接觸角測量時，由于測試容器內(nèi)注入了水，水的密度比原油的密度大，所以原油將在固體試樣的下表面上形成油滴，采用德國Dataphysics儀器公司的視頻光學接觸角測量儀中的照相機進行清晰拍攝，通過圖像進行接觸角的計算。
[0018]采用本發(fā)明的方法，通過所述的測試裝置，可實現(xiàn)不透明液體在固體表面的接觸角測量，如原油在水環(huán)境中的固體表面的接觸角的測量，操作簡單直觀，測量結果準確，取得了較好的技術效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述方法采用的測試裝置的結構示意圖；
[0020]圖1中，I為容器；2為油滴；3為固體試樣支架；4為固體試樣；5為固體試樣支架3上的小孔；6為容器I上的小孔及密封塞；7為透明拍攝口 ；8為密封圈；9為密封蓋；10為進氣管；11為出氣管；12為pH計。
[0021]圖2為不透明液體與固體表面的接觸角示意圖；
[0022]圖2中，13為固體試樣的下表面；14為不透明液體液滴；Θ為接觸角。
[0023]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步的闡述，但不僅限于本實施例。

【具體實施方式】
[0024]【實施例1】
[0025]在如圖1所示的裝置上，采用本發(fā)明所述的方法進行原油與固體試樣接觸角的測量，測試容器透明，為圓柱形的，材質為光學玻璃，采用密封圈密封，測試容器頂部與密封蓋通過密封圈及螺釘進行密封。頂部密封蓋上設有進氣管、出氣管和pH計，通過進氣管和出氣管向透明介質中通入氣體達到除氧或通入實驗氣體的目的，PH計的測試端插入水面以下。
[0026]視頻光學接觸角測量儀采用德國Dataphysics儀器公司，面向視頻光學接觸角儀器的電荷耦合器件(CCD)鏡頭的容器表面及容器的平行側面部分是平面，并且無劃痕。
[0027]在測試容器上被光源照射的容器壁及相對的壁面上分別開孔，并安裝拍攝平面，避免光的散射影響測試結果，光通過拍攝平面在原油液滴表面成像并被照相機拍攝。
[0028]在視頻光學接觸角儀器的樣品臺上放置測試容器，容器內(nèi)裝入水，水的高度高于固體試樣的下表面，通過固體試樣支架固定固體試樣。通過進氣管向容器中通入氣體進行排氧及充入實驗氣體，出氣管排除氧氣或其它氣體，通過PH計測量溶液的pH值。固體試樣支架需保證從CCD鏡頭出來的光能夠在油滴上表面的反射圖像被位于測試容器另一側的視頻光學接觸角儀器上的CCD照相機拍攝和觀察。調節(jié)光源焦距使注射針的圖像清晰，通過測試容器側壁上的小孔和固體試樣支架上的小孔將注射器內(nèi)的原油注射到固體試樣的下表面；若注射針為彎頭針，可從測試容器頂部的PH計口插入注射針，將不透明液滴加注到固體試樣的下表面。由于原油的密度低于水的密度，原油將在固體試樣的下表面上形成油滴，拍攝油滴圖像并按照圖2所示計算接觸角。
[0029]【實施例2】
[0030]按照實施例1所示的方法和步驟，只是測試容器為方形柱狀，頂部未設密封設備，也沒有設置出氣管、進氣管和PH計，測試容器的材質為無色透明有機玻璃。
【權利要求】
1.一種不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，主要包括以下步驟: (1)將固體試樣固定在測試容器內(nèi)的固體試樣測試支架上； (2)在測試容器內(nèi)注入透明介質，透明介質的液面高度大于固體試樣的下表面高度，且密度大于不透明液體的密度； (3)調整視頻光學接觸角測量儀、光源焦距、拍攝角度，使得拍攝圖像清晰； (4)將待測試的不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面； (5)拍攝不透明液體液滴圖像并計算接觸角。
2.根據(jù)權利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，其特征在于通過注射針將不透明液體液滴注入至固體試樣的下表面。
3.根據(jù)權利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，其特征在于所述測試容器由選自聚碳酸酯、光學玻璃、無色透明有機玻璃等透明的材質制作。
4.根據(jù)權利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，其特征在于所述測試容器頂部截面為圓形，且采用密封圈密封。
5.根據(jù)權利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，其特征在于所述測試容器的頂部密封蓋上設有進氣管、出氣管和PH計，通過進氣管和出氣管向透明介質中通入氣體達到除氧或通入實驗氣體的目的，PH計的測試端插入透明介質的液面以下。
6.根據(jù)權利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，其特征在于所述測試容器側壁上、固體試樣測試支架上開有注射針進入的小孔。若注射針為彎頭針，從測試容器頂部的PH計口插入注射針，將不透明液滴加注到固體試樣的下表面。
7.根據(jù)權利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，其特征在于在測試容器上被光源照射的容器壁及相對的壁面上分別開孔，并安裝拍攝平面，避免光的散射影響測試結果，光通過拍攝平面在原油液滴表面成像并被照相機拍攝。
8.根據(jù)權利要求1所述不透明液體與固體表面接觸角的測量方法，其特征在于不透明液體為原油，透明介質為水。
【文檔編號】G01N13/00GK104132871SQ201410395834
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】蔣秀, 屈定榮, 劉小輝 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司青島安全工程研究院