GONIOMETER PGX+ STRENOMETER INFORMATION BESKRIVELSE

Transkript

1 STRENOMETER INFORMATION GONIOMETER PGX+ BESKRIVELSE Måling af kontaktvinklen er en velkendt metode til at se hvordan en væske og en overflade påvirker hinanden. Fænomenet kontaktvinkel er fx medvirkende årsag til at: regndråber danner perler på en voksbehandlet bil. et æg ikke hænger fast på en slip-let - stegepande. en lim ikke altid kan reparere en skåret kop. en våd ble kan forblive tør på ydersiden. Et goniometer måler den kontaktvinkel der opstår mellem en dråbe og en fast overflade. Goniometer PGX+ dækker en lang række anvendelsesområder inden for fejlsøgning, test i marken, kvalitetskontrol samt forskning og udvikling. Alligevel er det ikke større end at det kan ligge i lommen, og det ekstremt kompakte design gør PGX+ nemt at transportere og egnet til brug på sværttilgængelige områder. PGX+ måler befugtning og absorption på stort set alle overflader, uanset type og størrelse, uden at det er nødvendigt først at skære prøveemner ud af testmaterialet. Det kan fx placeres direkte på et folie inden tryk eller en coronabehandling. Testen foregår ved at PGX+ placeres på emnet. Ved et tryk på en knap doserer den indvendige pumpe automatisk en dråbe præcist på testoverfladen, mens et indbygget videokamera optager en videosekvens af dråbens befugtning af overfladen. Videobilledet vises direkte på computerskærmen, og resultaterne præsenteres som statisk kontaktvinkel eller dynamisk befugtning. Væskeindtrængen fremstilles som en funktion af tid. Den medfølgende software kan også anvendes til måling af væskens overfladespænding (se Tillæg på side 5), og har desuden en rapportgenerator. Test, analyse og rapportering foregår automatisk, og hele proceduren er computerstyret. Instrumentet tilsluttes direkte til en pc (bærbar eller stationær) via en USB-port. Blandt de unikke egenskaber hos PGX+ kan nævnes: Videobaseret instrument. Leveres med virtuel standard til hurtig, simpel og nøjagtig kalibrering i statisk tilstand. Automatisk dosering af dråber: Ved et tryk på PUMP -knappen pumpes en dråbe af passende størrelse ud. Dråben doseres på prøveoverfladen hvor den spredes ud. En LED lyser under hele processen. STRENOMETER ApS KONGEVEJEN 213, DK-2830 VIRUM salg@strenometer.dk

2 Optisk geometri: Dråben digitaliseres mod en oplyst væg. Lysets styrke kan påvirkes af prøveoverfladens reflektans, og dette kan have stor indflydelse på billedet. Ved visse prøvetyper kan den interaktive tærskelværdi være for lav til at kompensere for potentielle forskelle. Derfor har PGX+ en funktion til kontrol af belysningsniveauet. Måling af: - Statiske kontaktvinkler: Befugtning af ikkeabsorberende overflader. - Dynamiske kontaktvinkler: Befugtning, absorption og spredning som en funktion af tid. - Overfladespænding & overfladens fri energi: Evaluerer prøvevæsken fra en hængende dråbe. Let, bærbart instrument. Lille kontaktflade. Simpel, nøjagtig kalibreringsprocedure. Automatisk dosering af dråber. Integreret kamera: tager 15 billeder/sek. Indbygget pumpe: justerbar i 0,5µl trin. Let at installere ingen hardware! Kompatibel med de fleste computere (USB). Brugervenlig software. Tekniske data Størrelse : Ca. 76 x 57 x 84 mm. Kontaktflade: 55 x 90 mm. Vægt: 400 g. ANVENDELSER Kontaktvinkel Når en væske kommer i kontakt med en overflade, dannes en kontaktvinkel i grænseområdet mellem væsken og overfladen. Hvis en dråbe står ud fra overfladen, siger man per definition at den er ikkefugtende. Dette gælder for kontaktvinkler der er større end 90. Når dråben flader ud så overfladen befugtes, er kontaktvinklen mindre end 90. Måling af kontaktvinkel er en pålidelig og effektiv metode til beskrivelse af forholdet mellem en væske og en overflade. Metoden (Young-Laplace) er veletableret og almindeligt anerkendt til overfladeforskning inden for bl.a.: Absorption Apotek Belægning Biomedicin Coronabehandling Flammebehandling Fugtningsevne Kosmetik Landbrug Metaller Olier Opløsningsmidler Overfladeaktive stoffer Overfladeenergi (se Tillæg på side 5) Overfladeforurening Overfladelimning Overfladespænding (se Tillæg på side 5) Pap Papir Papirfremstilling Plastik Rengøring Tandteknik Tekstil Trykfarver Trykning Træ Vand Vaskemidler Vedhæftning Side 2/

3 Når en væske ikke trænger ind i overfladen (fx vand på glas), kan befugtningen karakteriseres ved hjælp af en statisk kontaktvinkel - forudsat at overfladen er glat og homogen. Hvis væsken trænger ind i eller breder sig ud over prøveoverfladen, beskrives forløbet i stedet ved en dynamisk kontaktvinkel som en funktion af tiden. Befugtningshysteresen karakteriseres ved hhv. største og mindste kontaktvinkel der kan opstå når en dråbe bevæger sig hen over en overflade som er enten tør eller vædet af prøvevæsken. Vær opmærksom på at den statiske kontaktvinkel ikke kan anvendes når prøvevæsken: trænger ned i prøvematerialet så den ikke opnår en tilstand af ligevægt. reagerer kemisk med opløselige emner på prøven og nedsætter væskens overfladespænding (se Tillæg på side 5). Dynamisk kontaktvinkel Kontaktvinklen er en funktion af væskens overfladespænding og prøveoverfladens fri energi (se Tillæg på side 5). Statisk kontaktvinkel På et absorberende materiale hvor væsken trænger ind i overfladen, ændrer kontaktvinklen sig konstant som en funktion af tiden. Derfor kan tiden i visse situationer (fx i forbindelse med trykning og limning) være afgørende for om en proces virker. En dråbe som placeres på en solid, ikkeabsorberende overflade, når på et tidspunkt en tilstand af ligevægt hvor den ikke spredes yderligere. Kontaktvinklen som måles i denne fase, er den statiske kontaktvinkel. Ved højviskose væsker (fx glycerin) er man nødt til at vente med at måle kontaktvinklen til dråbens spredning er stoppet. For at kunne måle den størst mulige kontaktvinkel er det vigtigt at dråben påføres prøveoverfladen meget forsigtigt. Hvis dråben trykkes ned i overfladen (fx fordi den falder fra en stor højde), vil den først bredes ud derefter trække sig sammen; og det vil resultere i at den målte kontaktvinkel formindskes. I visse situationer (fx ved måling på tagdækningsmateriale og overfladebehandling af forruder) er det en fordel at måle befugtningshysteresen. For at kunne måle dynamisk kontaktvinkel, absorptionshastighed og udbredningshastighed, er det nødvendigt at indfange en billedsekvens i det øjeblik dråben får kontakt med overfladen. PGX+ har et indbygget kamera som tager 15 billeder pr. sekund. Kameraet udløses automatisk af dråbens anslag på overfladen. Dermed får man helt nøjagtige og objektive resultater der på ingen måde påvirkes af personen som udfører testen. For at kunne måle den størst mulige kontaktvinkel så snart dråben kommer i kontakt med overfladen, er det vigtigt at dråben påføres forsigtigt og med den rette impuls. Den skal kunne nå at forme sig perfekt så snart den slipper dispenseren, og inden den kommer i kontakt med prøveoverfladen. Derfor skal man undgå at berøre dråben da det vil gøre det umuligt at fastsætte kontakttidspunktet Side 3/5

4 Dråben må heller ikke sprøjte ud på overfladen da det resulterer i en for lille kontaktvinkel. Det skyldes at dråben efterfølgende vil trække sig sammen på overfladen. Gennem empiriske forsøg har man fundet frem til at en vanddråbe på 2-4 mikroliter kan påføres fra en afstand på 2 mm uden at måleværdien påvirkes. Det skyldes at den lille mængde kombineret med vandets store overfladespænding (se Tillæg på side 5) holder sammen på dråben. Større vanddråber på op til 8 mikroliter kan påføres fra 1 mm højde uden at måleværdien påvirkes. Vær opmærksom på at udtrykket dynamisk kontaktvinkel sommetider anvendes om befugtningshysteresen. Hvis glasset behandles med en speciel væske, kan vandet ikke befugte overfladen, og regndråberne vil nemt kunne tørres væk. En dråbe væske der glider hen over en tør overflade, møder i begyndelsen modstand mod at gøre området vådt. Dette giver en større kontaktvinkel ved dråbens forreste kant. Modsat får man en mindre kontaktvinkel ved dråbens bagerste kant hvor den våde overflade ser ud til at holde fast i dråben (Billede B & C herover). Befugtningshysteresen er afgørende for mange processer; fx i forbindelse med produktion af stempelpuder, tagdækningsmaterialer og belægninger til forruder. Befugtningshysterese A B C Befugtningshysterese karakteriseres af den største og mindste kontaktvinkel som kan opstå mellem en væske og en overflade. Et typisk eksempel på befugtningshysterese er når vinduesviskere efterlader en vandfilm på ydersiden af glasset. Når først vandet har gjort glasoverfladen våd, kan det være svært at få ruden tør igen. Side 4/

5 TILLÆG Overfladespænding kan betragtes som den kraft der holder sammen på væskens molekyler omtrent som en plasticpose fyldt med vand. En solid overflade har til gengæld en fri energi der kan betragtes som en tiltrækningskraft som forsøger at overvinde væskens bindekraft. Kontaktvinklen er resultatet af forholdet mellem væskens overfladespænding og den solide overflades overfladeenergi. Komplet fugtning opnås når overfladeenergien er mindst lige så stor som væskens overfladespænding hvorved kontaktvinklen bliver nul. Overfladespænding Hvis man tilsætter et befugtningsmiddel (fx opvaskemiddel) til vandet, reduceres overfladespændingen, og vanddråben breder sig yderligere ud på overfladen. Kontaktvinklen bliver nu væsentligt mindre. Da en lavere overfladespænding giver en lavere kontaktvinkel, er det nødvendigt jævnligt at kontrollere en prøvevæskens overfladespænding for at sikre at den ikke er kontamineret. Overfladeenergi Den fri overfladeenergi kan betragtes som overfladens tiltrækningskraft. Når en vandbaseret farve trykkes på en overflade med lav overfladeenergi (fx ekstruderet PE-film), bliver vedhæftningen dårlig, og farven kan let tørres af. Det er muligt at øge overfladeenergien ved hjælp af bl.a. corona- eller flammebehandling. Det sker ved at de meget lange polymerkæder brydes op ved overfladen, og skaber nye bindinger. Derved bliver kontaktvinklen mindre så der kan opnås en tilstrækkelig vedhæftning. Man kan ikke måle overfladeenergien direkte. Den må i stedet bestemmes ud fra kontaktvinklen efter måling med en eller flere specielle væsker. Den mest simple metode er at måle kontaktvinklen med rent vand, og så efterfølgende oversætte værdien til overfladeenergi ved hjælp af en standardtabel. For vand på plastik svarer en kontaktvinkel på 90 til en overfladeenergi på 32 dyn/cm. En større kontaktvinkel (fx 100 ) giver en lavere overfladeenergi (i dette eksempel 29 dyn/cm) svarende til ca. 1 dyn/cm for hver 3 ændring af kontaktvinklen. En væskes overfladespænding kan måles direkte ud fra en hængende dråbes kontur i det øjeblik den slipper dispenseren. En væskedråbe med høj overfladespænding (fx vand) som placeres på en overflade med lav overfladeenergi (fx teflon), giver en relativt stort kontaktvinkel. Med forbehold af fejl og tekniske ændringer Side 5/5