液體對固體的可潤濕性與二者表面能的大小有關(guān)，當液體潤濕固體時(shí)，液體表面張力越小、固體表面能越高，一般液體越易于在該固體表面鋪展。在粘接、涂覆或印刷時(shí)，需要固液間良好的潤濕性和相應較高的固體表面能；在腐蝕和防霧等應用場(chǎng)景，則需要較低的固體表面能。因此固體表面能的測量，在涂料、膠結、復合材料、3D打印等領(lǐng)域具有重要的實(shí)用意義。

固體表面能的測定可以利用接觸角法，根據楊氏方程，固液接觸角θ，液體表面張力γl，固液界面張力γsl以及固體表面自由能γs之間存在以下關(guān)系：

γs＝γl*cosθ+γsl(1)

Fowkes認為，在分子間的各種相互作用都對表面能有貢獻，因此固液之間形成界面的界面張力同時(shí)滿(mǎn)足式(2)的關(guān)系：

其中γd，γp分別為表面能中的色散分量和極性分量。將(1)(2)聯(lián)立，得到固體表面能分量與接觸角之間的關(guān)系如式(3)所示，實(shí)踐中可以通過(guò)測定已知液體(探測液體)與固體間的接觸角，進(jìn)而算出固體表面能(極性分量與色散分量之和)：

傳統拉絲法制備的連續纖維，直徑一般大于10μm，探測液體與固體間的接觸角可以采用Sessile液滴法或Wilhelmy法測量，如圖1所示。

對于采用離心法或吹噴法制成的絮狀纖維，平均長(cháng)度和平均直徑分別僅有2mm和～4μm，如圖2所示，難以實(shí)施上述兩種方法測量探測液體與絮狀纖維的接觸角，因此無(wú)法表征其表面能。

對于液體與粉末間接觸角的測量，通常采用Washburn法，即用底端具有過(guò)濾介質(zhì)的玻璃管承裝粉末，再將玻璃管底端與測試液體相接觸。由于毛細作用，液體被吸起，玻璃管質(zhì)量隨時(shí)間的增加而增加，懸吊在力傳感器可以記錄質(zhì)量的變化。這一過(guò)程中，粉末中的空隙起到毛細作用，可以用Washburn方程(4)來(lái)描述：

式中m＝質(zhì)量；t＝流動(dòng)時(shí)間；σ＝液體的表面張力；c＝粉末的毛細常數；ρ＝液體密度；θ＝接觸角；η＝液體粘度。其中，質(zhì)量、流動(dòng)時(shí)間、液體的密度、液體的表面張力、液體的粘度都可測量或查表得到，因此式(4)中僅有接觸角θ和粉末的毛細常數c是未知量。若想求出某液體與待測粉末的接觸角θ，可以通過(guò)利用另一已知接觸角的液體得到該體系的毛細常數c，對于同種粉末，毛細常數僅與體系壓實(shí)程度有關(guān)。目前確保粉末材料表面能測量中，體系壓實(shí)度相同的操作方法為：兩次在玻璃管中稱(chēng)取同樣質(zhì)量的粉末后，通過(guò)震蕩使粉末在樣品管中高度相同，從而確保粉末在測量中的密實(shí)排列。

由于傳統測量連續纖維與探測液體接觸角的Sessile法和Wilhelmy法需要較大纖維長(cháng)度和直徑才能實(shí)施測量，絮狀纖維直徑小，長(cháng)度短，沒(méi)有達到能使用現有的接觸角測量手段的要求，因此通過(guò)現有的Sessile法和Wilhelmy法不能表征出絮狀纖維的表面能。

針對現有纖維表面能測量Sessile法和Wilhelmy法不適用于超細纖維的問(wèn)題，下面通過(guò)Washburn法并結合設計的專(zhuān)用裝置，能夠解決超細纖維與液體接觸角不能測量的問(wèn)題，從而實(shí)現精確測量超細纖維表面能的目標。

一種超細纖維表面能測量方法，基于一套樣品容納裝置，裝置包括：

樣品管，用于容納樣品，樣品管的上端具有上端開(kāi)口；

活動(dòng)塞，包括塞體和端部，所述塞體與所述樣品管的所述上端開(kāi)口緊密配合，活動(dòng)塞的所述端部直徑大于所述樣品管的上端開(kāi)口直徑；

所述樣品管的底部設有供液體流出的漏孔；

包括以下步驟：

S1、稱(chēng)取所述樣品容納裝置的質(zhì)量m1；

S2、將待測超細纖維裝入所述樣品管，并壓實(shí)到樣品管上的標記線(xiàn)位置；

S3、將活動(dòng)塞塞入樣品管的上端開(kāi)口，確保待測超細纖維的上表面與樣品管上標記線(xiàn)持平，稱(chēng)取樣品容納裝置及其中待測超細纖維的整體質(zhì)量m2，算出待測超細纖維質(zhì)量m＝m2-m1；

S4、在動(dòng)態(tài)表面張力儀上測量管中待測超細纖維吸附該低表面能液體過(guò)程中重力-位移變化曲線(xiàn)；

S5、將測量后的待測超細纖維取出，清洗、晾干樣品管；

S6、重復裝填步驟S1～S3，確保本次裝填待測超細纖維的質(zhì)量與m相等；

S7、通過(guò)步驟S4得到的所述重力-位移變化曲線(xiàn)計算樣品管中該待測超細纖維的毛細常數c，使用該毛細常數c，在動(dòng)態(tài)表面張力儀上測量管中待測超細纖維與探測液體1的接觸角CA1；

S8、重復步驟S5～S7，獲得待測超細纖維與探測液體2的接觸角CA2；

S9、通過(guò)接觸角CA1、接觸角CA2計算待測超細纖維的表面能。

步驟S4中，所述低表面能液體包括：正乙烷、碳氟化合物、正庚烷、正辛烷、甲醇、乙醚中的任意一種。

所述活動(dòng)塞長(cháng)度不超過(guò)所述樣品管內腔高度的1/3。

所述活動(dòng)塞的端部厚度范圍在2～5mm。

所述樣品管的管壁帶有標記線(xiàn)，所述活動(dòng)塞與樣品管緊密配合后，活動(dòng)塞的塞體下緣能夠與所述標記線(xiàn)平齊。

所述活動(dòng)塞的材料包括橡膠、磨砂玻璃、松木中的任意一種。

所述探測液體根據待測超細纖維選擇，使探測液體與待測超細纖維的接觸角大于0，小于90°。

效果：

這種超細纖維表面能測量方法，基于Washburn法以及一套樣品容納裝置，能夠限制測量過(guò)程中纖維吸附液體后膨脹，確保體系常數測量和探針液體接觸角測量中，玻璃管中超細纖維的毛細常數相同，減小使用Washburn法測量時(shí)，由于纖維膨脹引起的測得的接觸角誤差，從而達到提高超細纖維表面能測量結果準確性的目的。