一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统技术方案

本发明专利技术公开了一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，包括测试平台固定底板，测试平台平移组件，液滴注射单元安装架和竖直微动平台固定板，黏附力测试平台组件，液滴注射机构以及黏附力测试机构；测试平台平移组件是由手动调节指纹把手驱动黏附力测试平台组件在水平方向移动；黏附力测试机构在竖直方向的移动是由微动调节把手驱动。本发明专利技术专门用于测试高黏附超疏水材料与液滴间的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、无步进电机振动干扰、测试结果准确等优点，能够解决现有黏附力测试系统因步进电机振动而导致的测试结果准确度低、重复性差等问题。

A kind of manual super hydrophobic surface adhesion testing system with stable operation and accurate measurement

【技术实现步骤摘要】
一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统
本专利技术属于力学测试技术，尤其涉及一种用于表征高黏附超疏水表面与液滴间黏附力的微牛级精度、量程小、测试样本固定平台专业、运行过程平稳、无步进电机振动干扰、测试结果精确的测试系统及使用方法，能够解决现有黏附力测试系统因步进电机振动而导致的测试结果准确度低、重复性差等问题。
技术介绍
液滴浸润性是固体表面的重要特征，受荷叶、水黾腿部、蝴蝶翅膀等动植物体表特殊浸润特性的启发，学者相继开展研究并仿生研制出具有特殊浸润特性的超疏水材料。这些超疏水材料在诸多工程领域和人们的日常生活领域有着极其重要的应用，如自清洁涂层、防雾玻璃、金属防腐蚀、船舰减阻等。与低黏附超疏水表面相比，一些动植物体表（花生叶片）表现出超疏水的同时，还对水滴呈现较高的黏附力，翻转任何角度，水滴在这种表面上都不会滚落。高黏附超疏水表面在许多领域具有重要的应用价值，例如可作为“机械手”用于微液滴的无损输运。对于具有高黏附超疏水材料的仿生研制，需要量化表征仿生原型、制备样件的黏附特性，即需要进行黏附力测试。这类黏附力的精度处于微牛级，甚至是亚微牛级，要求测试系统不仅具备高精度，还应具有极高的测试过程稳定性、较高测试平台水平度，因此需要较高的专业性与针对性。目前对于黏附特性的量化表征，多采用高敏感性的微电力学天平来进行，设备成本极高，在测量过程中由于电机的振动使黏附力的测量产生极大的偏差。因此，需要研制一种高精度并且稳定的黏附力测试系统，专门测试超疏水表面与液滴间的黏附力，用于量化表征高黏附超疏水材料的黏附特性。中国专利技术专利CN102252960A公开了一种测量物体间粘附力的装置及测试方法，包括待测样品安装固定装置、平衡块安装固定装置、旋转测速装置和视频处理模块，待测样品间的粘附力等于其在高速转动离心力的作用下分离时的离心力，通过高速摄像机可以观测到待测样品在离心力的作用下摆脱粘附力进行分离的动态过程。由于在离心旋转过程中振动的影响，该专利比较适合较大量程、低精度黏附力的测量，对于超疏水材料与液滴间的微牛级、亚微牛级黏附力，该系统不能满足精度要求；而且随待测样品安装固定装置高速旋转的液滴会改变形貌，导致其与超疏水材料间黏附特性测试准确性较差。中国专利技术专利CN105675059A公开了一种多功能仿生微结构表面测试装置，包括粘附力测试驱动、摩擦力测试杆转轴、薄膜检测装置和显微镜装置等，可以在干燥及湿滑条件下测试仿生微结构化表面的摩擦力、黏附力，其黏附力检测时装置运动速度可以达1µm/s，能够确保准确测试由测试样本的微小变形而引起的黏附力。但是，该测试装置仅能够测试固体材料之间由存在相对运动趋势而产生的黏附力、摩擦力等，不能用于液滴与固体材料（超疏水材料）间的黏附力测试。中国专利技术专利201810352124.4公开了一种仿生黏附材料的黏附力测试装置及其测试方法，测试装置包括基板、预压力加载机构、黏附力测试机构和角度调节机构，预压力加载机构包括U形支架和样品台及施力传感单元，角度调节结构包括L形支架及竖向移动转接单元、上固定转接单元和下固定转接单元，黏附力测试机构包括依次连接的PVC承载片、牵拉线和电机，PVC承载片与待测黏附样品相连接。本专利技术中采用设置竖/横向移动转接单元的方式，使得待测黏附样品在承受拉力后可进行不同剥离角度下的黏附性能测试，所设置的机械机构比较适合聚合物基阵列黏附材料、碳纳米管阵列黏附材料等固体材料间黏附力的测试，不适合测试液滴与固体材料（超疏水材料）间的黏附力测试。综上所述，现有的黏附力测试系统，由于步进电机或交流电机的使用产生较为显著的振动，一定程度上降低了黏附力测试结果的准确度与重复性；而且在测试量程、测试精度、测试平台及其附属机械装置等方面也不能同时满足超疏水材料与液滴间黏附力的测试需求。因此，有必要研制一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、运行过程稳定、无步进电机振动干扰、测试结果精确等特点，专门用于表征高黏附超疏水表面与液滴间的黏附力。
技术实现思路
本专利技术基于上述背景，提供了一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，专门用于测试高黏附超疏水表面与液滴间的黏附力，具有微牛级测试精度、量程小、测试样本固定平台专业、测试过程稳定、无步进电机振动干扰、测试结果准确等特点。为实现上述技术目标，本专利技术所采取的技术方案是：一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，包括测试平台固定底板，固定安装在测试平台固定底板上方的测试平台平移组件、液滴注射单元安装架和竖直微动平台固定板，以及安装在测试平台平移组件上的黏附力测试平台组件；所述液滴注射单元安装架、测试平台平移组件和竖直微动平台固定板均固定连接在测试平台固定底板上，且液滴注射单元安装架和竖直微动平台固定板分别位于测试平台平移组件的两侧；所述液滴注射单元安装架上设置有位于黏附力测试平台组件上方的液滴注射机构，所述竖直微动平台固定板上设置有位于黏附力测试平台组件上方的黏附力测试机构；所述液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件在测试平台平移组件上平移方向的前侧和后侧；所述测试平台平移组件是由手动调节指纹把手驱动黏附力测试平台组件在水平方向移动；所述黏附力测试机构在竖直方向的移动是由微动调节把手驱动。作为本专利技术的进一步改进，所述液滴注射机构包括固定在测试平台固定底板上的液滴注射单元安装架、固定在液滴注射单元安装架上的液滴注射单元夹具以及夹持在液滴注射单元夹具上的滴液注射单元；所述滴液注射单元的下端位于黏附力测试平台组件的上方。作为本专利技术的进一步改进，所述黏附力测试机构包括固定在测试平台固定底板上的竖直微动平台固定板、安装在竖直微动平台固定板侧部的微动测试组件、固定连接在微动测试组件上的平行双簧片悬臂梁、设置在平行双簧片悬臂梁左下侧的液滴转移探针以及固定在微动测试组件上的电涡流位移传感器；所述液滴转移探针位于黏附力测试平台组件的上方；所述电涡流位移传感器用来感知双簧片悬臂梁的弹性变形并输出电压信号。作为本专利技术的进一步改进，所述测试平台平移组件包括水平滚珠丝杠底座、分别固定在水平滚珠丝杠底座两端的水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端、螺纹贯穿连接在水平滚珠丝杠支撑端和水平滚珠丝杠固定端之间的水平滚珠丝杠丝杆、固定在水平滚珠丝杠丝杆上的水平滚珠丝杠滑块、开设在水平滚珠丝杠滑块上的固定架螺纹孔、开设在水平滚珠丝杠底座上的水平滚珠丝杠底座螺纹孔以及固定在水平滚珠丝杠丝杆一端并位于水平滚珠丝杠固定端外侧的手动调节直纹把手；手动旋转手动调节直纹把手，黏附力测试平台组件上待测的高黏附超疏水样本由液滴注射单元处移动到液滴转移探针的正下方。作为本专利技术的进一步改进，所述黏附力测试平台组件包括测试平台水平调节球、测试样本放置平台、测试样本固定夹、圆水准泡、支撑架紧固螺钉、测试平台支撑架、连接板紧固螺钉、丝杠滑块连接板、水平调节弹簧和水平调节螺钉；...

【技术保护点】
1.一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：包括测试平台固定底板（11），固定安装在测试平台固定底板（11）上方的测试平台平移组件（10）、液滴注射单元安装架（8）和竖直微动平台固定板（9），以及安装在测试平台平移组件（10）上的黏附力测试平台组件（1）；/n所述液滴注射单元安装架（8）、测试平台平移组件（10）和竖直微动平台固定板（9）均固定连接在测试平台固定底板（11）上，且液滴注射单元安装架（8）和竖直微动平台固定板（9）分别位于测试平台平移组件（10）的两侧；/n所述液滴注射单元安装架（8）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的液滴注射机构，所述竖直微动平台固定板（9）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的黏附力测试机构；所述液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件（1）在测试平台平移组件（10）上平移方向的前侧和后侧；/n所述测试平台平移组件（10）是由手动调节指纹把手（10-5）驱动黏附力测试平台组件（1）在水平方向移动；/n所述黏附力测试机构在竖直方向的移动是由微动调节把手（2-3）驱动。/n

【技术特征摘要】
1.一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：包括测试平台固定底板（11），固定安装在测试平台固定底板（11）上方的测试平台平移组件（10）、液滴注射单元安装架（8）和竖直微动平台固定板（9），以及安装在测试平台平移组件（10）上的黏附力测试平台组件（1）；
所述液滴注射单元安装架（8）、测试平台平移组件（10）和竖直微动平台固定板（9）均固定连接在测试平台固定底板（11）上，且液滴注射单元安装架（8）和竖直微动平台固定板（9）分别位于测试平台平移组件（10）的两侧；
所述液滴注射单元安装架（8）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的液滴注射机构，所述竖直微动平台固定板（9）上设置有位于黏附力测试平台组件（1）上方的黏附力测试机构；所述液滴注射机构和黏附力测试机构分别位于黏附力测试平台组件（1）在测试平台平移组件（10）上平移方向的前侧和后侧；
所述测试平台平移组件（10）是由手动调节指纹把手（10-5）驱动黏附力测试平台组件（1）在水平方向移动；
所述黏附力测试机构在竖直方向的移动是由微动调节把手（2-3）驱动。


2.根据权利要求1所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述液滴注射机构包括固定在测试平台固定底板（11）上的液滴注射单元安装架（8）、固定在液滴注射单元安装架（8）上的液滴注射单元夹具（7）以及夹持在液滴注射单元夹具（7）上的滴液注射单元（6）；
所述滴液注射单元（6）的下端位于黏附力测试平台组件（1）的上方。


3.根据权利要求2所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述黏附力测试机构包括固定在测试平台固定底板（11）上的竖直微动平台固定板（9）、安装在竖直微动平台固定板（9）侧部的微动测试组件（2）、固定连接在微动测试组件（2）上的平行双簧片悬臂梁（3）、设置在平行双簧片悬臂梁（3）左下侧的液滴转移探针（5）以及固定在微动测试组件（2）上的电涡流位移传感器（4）；
所述液滴转移探针（5）位于黏附力测试平台组件（1）的上方；
所述电涡流位移传感器（4）用来感知双簧片悬臂梁（3）的弹性变形并输出电压信号。


4.根据权利要求3所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述测试平台平移组件（10）包括水平滚珠丝杠底座（10-7）、分别固定在水平滚珠丝杠底座（10-7）两端的水平滚珠丝杠支撑端（10-1）和水平滚珠丝杠固定端（10-6）、螺纹贯穿连接在水平滚珠丝杠支撑端（10-1）和水平滚珠丝杠固定端（10-6）之间的水平滚珠丝杠丝杆（10-4）、固定在水平滚珠丝杠丝杆（10-4）上的水平滚珠丝杠滑块（10-2）、开设在水平滚珠丝杠滑块（10-2）上的固定架螺纹孔（10-3）、开设在水平滚珠丝杠底座（10-7）上的水平滚珠丝杠底座螺纹孔（10-8）以及固定在水平滚珠丝杠丝杆（10-4）一端并位于水平滚珠丝杠固定端（10-6）外侧的手动调节直纹把手（10-5）；
手动旋转手动调节直纹把手（10-5），黏附力测试平台组件（1）上待测的高黏附超疏水样本由液滴注射单元（6）处移动到液滴转移探针（5）的正下方。


5.根据权利要求4所述的一种运行平稳且测试精确的手动式超疏水表面黏附力测试系统，其特征在于：所述黏附力测试平台组件（1）包括测试平台水平调节球（1-1）、测试样本放置平台（1-2）、测试样本固定夹（1-3）、圆水准泡（1-4）、支撑架紧固螺钉（1-5）、测试平台支撑架（1-6）、连接板紧固螺钉（1-7）、丝杠滑块连接板（1-8）、水平调节弹簧（1-9）和水平调节螺钉（1-10）；
测试样本放置平台（1-2）通过支撑架紧固螺钉（1-5）与测试平台支撑架（1-6）紧固连接，在测试样本放置平台（1-2）上设置测试样本固定夹（1-3），用于固定高黏附超疏水材料样本；
所述水平调节螺钉（1-10）自上而下穿通测试样本放置平台（1-2）和测试平台支撑架（1-6）（1-6），其下端支撑在丝杠滑块连接板（1-8）上表面；所述水平调节弹簧（1-9）套装在水平调节螺钉（1-10）的螺杆外周；
通过测试平台水平调节件（1-1）、测试样本放置平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王立新，张硕研，张琳琳，
申请(专利权)人：河北科技大学，
类型：发明
国别省市：河北;13