一种硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于超疏水材料表面质量测试装置领域，具体公开了一种硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置及方法，试样通过固定在水平板上，划痕和磨耗压头分别固定在拉压力传感器下端，传感器上端分别固定在电动缸的伸缩端，电动缸分别固定在水平条形板下表面，水平条形板固定驱动装置上，工作台上设有供水瓶其瓶口设微型真空泵和流量计通过软管和垂直刚性管可将纯水送至试样表面，试样右边设电动滑台其上装电动缸及水滴角观测镜头，该装置可自动完成划痕和磨耗位置移动和增加或减少垂直载荷及增加循环次数完成水滴角测试，最终得出临界失效划痕载荷和磨损循环次数，测试过程和判定结论自动完成，消除人为干扰因素，提高测试质量和效率。试质量和效率。试质量和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置及方法


[0001]本专利技术属于超疏水材料表面质量测试装置领域，特别涉及一种硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置及方法。

技术介绍

[0002]硬质超疏水材料是指金属、合金、陶瓷、玻璃、塑料及复合材料等非织物基底的超疏水表面，当水滴在固体表面达到平衡、三相接触线不移动时，在固
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气
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液三相交点处作气
‑
液界面的切线，该切线与固
‑
液界线之间的角度即为接触角。当水滴在倾斜表面上刚好发生滚动时、倾斜表面与水平面所形成的角度即为滚动角。如果材料表面接触角大于150
°
、滚动接触角小于10
°
即为超疏水材料表面，如荷叶、稻叶表面，蝴蝶、蜻蜓、蝉等飞翼表面都有超疏水现象，人们利用超疏水材料表面具有自清洁、流体减阻、超亲油等特性，应用于军工、农业、建筑等领域，如：微流体毛细自灌溉、管道无损运输、房屋建筑和露天设备及电线电缆的防水防冰等。超疏水材料表面在实际使用过程中其表面微纳米结构会遭受外部物体的磕碰、刮蹭、划伤或重复多次摩擦磨损，导致超疏水功能过早丧失，其表面机械稳定性达不到厂家声称的指标；
[0003]目前，对硬质超疏水材料表面机械稳定性测试多采用人工操作控制，测试过程不连续，存在人为干扰因素，测试数据质量不高。现还没有专用于硬质超疏水材料表面机械稳定性的自动测试装置。
[0004]专利技术目的
[0005]为弥补现有技术不足，本专利技术提供了一种硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置及方法,使测试过程和判定结论自动完成，消除人为干扰因素，达到提高测试质量和效率目的。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]第一方面，本专利技术公开了一种硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，包括工作台，工作台上安装有水平板，在所述水平板上安装有滑轨驱动装置，所述的滑轨驱动装置驱动第一水平条形板和第二水平条形板在X、Y方向移动；第一、第二水平条形板的一端固定在滑轨驱动装置上，另外一端为悬臂状；
[0008]第一水平条形板的悬臂端连接第一电动缸，第一电动缸的伸缩端装第一拉压力传感器，第一拉压力传感器的下表面装第一压杆，第一压杆下端固定划痕压头；第二水平条形板的悬臂端连接第二电动缸，第二电动缸的伸缩端装第二拉压力传感器，第二拉压力传感器的下表面装第二压杆，第二压杆下端固定磨耗压头；第一电动缸、第二电动缸沿着Z方向伸缩；
[0009]在磨耗压头和划痕压头正下方共同放置一硬质超疏水材料表面机械稳定性试样，试样设置在水平板的上表面；在试样的一侧安装有可移动的水滴角观测镜头；
[0010]在第一、第二水平条形板之间安装有垂直刚性管，所述的垂直刚性管与超纯水装置相连。
[0011]作为进一步的技术方案，还包括云台摄像头，云台摄像头可监控垂直刚性管下端出水口、磨耗压头、划痕压头及试样表面情况。
[0012]作为进一步的技术方案，在工作台的台面上还设有水滴角分析仪。
[0013]作为进一步的技术方案，所述的水滴角观测镜头安装在电动云台上，电动云台下端固定在第三电动缸的伸缩端上端，第三电动缸在第三伺服电机驱动下可沿着与磨耗压头、划痕压头连线平行的方向移动。
[0014]作为进一步的技术方案，第一电动缸由第一伺服电机驱动，第二电动缸由第二伺服电机驱动；第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、滑轨驱动装置均由控制器控制。
[0015]作为进一步的技术方案，所述的磨耗压头下端为水平圆柱形棒状。
[0016]作为进一步的技术方案，划痕压头为硬质合金钨钢球。
[0017]作为进一步的技术方案，在所述工作台上表面还设置有水槽，水槽一侧边设有孔，孔接回水软管，回水软管的下端插入回水装置。
[0018]第二方面，利用所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置进行划痕测试的方法，如下：
[0019]第一电动缸的伸缩端下移，划痕压头作用于试样表面压力值略低于滑痕临界失效载荷值，使划痕压头移动设定距离,第一电动缸的伸缩端上移一段距离，将超纯水经供水软管及垂直刚性管下端出口淌至试样和划痕表面，当超纯水达到设定值时停止；控制器依据电动云台摄像头提供的影像数据、控制划痕压头对试样表面产生的划痕处最近距离，使水滴观测镜头处于最佳观测角度位置，水滴角分析仪对观测镜头传输的影像数据进行水滴角分析，若判定该划痕处静态接触角大于150
°
和滚动角小于10
°
，则判定该处超疏水性未失效，若判定该划痕处静态接触角小于150
°
或滚动角大于10
°
则判定该处超疏水性失效；
[0020]对于初次划痕超疏水性未失效的试样，使划痕压头离开原划痕位置，控制器再控制第一电动缸的伸缩端下移，其划痕压头作用于试样表面压力比上一次划痕压力增加0.1N，若该处超疏水性仍未失效则按如前所述再次移动划痕压头56离开上一次划痕位置，再增加0.1N进行下一次划痕测试，如此反复进行直至测试到划痕处静态接触角小于150
°
或滚动角大于10
°
，此时为该试样超疏水性失效的临界划痕载荷，即为该超疏水性表面的机械强度；
[0021]对于初次划痕超疏水性失效的试样，使划痕压头离开原划痕位置，控制器使第一电动缸的伸缩端下移，其划痕压头作用于试样表面压力比上一次划痕压力减少0.1N，若该处超疏水性仍失效则按如前所述再次移动划痕压头56离开上一次划痕位置，再减少0.1N进行下一次划痕测试，如此反复进行直至测试到划痕处静态接触角大于150
°
和滚动角小于10
°
，此时为该试样超疏水性失效的临界划痕载荷，即为该超疏水性表面的机械强度。
[0022]第三方面，利用所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置进行磨损性测试的方法，如下：
[0023]使第二电动缸的伸缩端下移，磨耗压头垂直作用于试样表面压力值为设定值，使磨耗压头以设定的速度来回移动设定距离为一次循环，每增加一次循环，控制器控制第二电动缸的伸缩端上移一段距离，将超纯水径供水软管及垂直刚性管下端出口淌至试样和磨耗表面，当超纯水达到设定值时停止。控制器依据电动云台摄像头提供的影像数据、控制磨耗压头移动至对试样表面产生的磨耗处最近距离，使水滴观测镜头处于最佳观测角度位
置，水滴角分析仪对观测镜头传输的影像数据进行水滴角分析，若判定该磨耗处静态接触角大于150
°
和滚动角小于10
°
，则判定该磨损循环次数未使该试样表面超疏水性失效；使磨耗压头离开原磨耗位置，第二电动缸的伸缩端下移，使磨耗压头垂直作用于试样表面压力值为设定值，控制磨耗压头以设定的速度来回移动设定距离，比上一次多增加一个循环后进行测试，如此直至测得磨耗位置处静态接触角小于150
°
或滚动角大于10
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，包括工作台，工作台上安装有水平板，在所述水平板上安装有滑轨驱动装置，所述的滑轨驱动装置驱动第一水平条形板和第二水平条形板在X、Y方向移动；第一、第二水平条形板的一端固定在滑轨驱动装置上，另外一端为悬臂状；第一水平条形板的悬臂端连接第一电动缸，第一电动缸的伸缩端装第一拉压力传感器，第一拉压力传感器的下表面装第一压杆，第一压杆下端固定划痕压头；第二水平条形板的悬臂端连接第二电动缸，第二电动缸的伸缩端装第二拉压力传感器，第二拉压力传感器的下表面装第二压杆，第二压杆下端固定磨耗压头；第一电动缸、第二电动缸沿着Z方向伸缩；在磨耗压头和划痕压头正下方共同放置一硬质超疏水材料表面机械稳定性试样，试样设置在水平板的上表面；在试样的一侧安装有可移动的水滴角观测镜头；在第一、第二水平条形板之间安装有垂直刚性管，所述的垂直刚性管与超纯水装置相连。2.如权利要求1所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，还包括云台摄像头，云台摄像头可监控垂直刚性管下端出水口、磨耗压头、划痕压头及试样表面情况。3.如权利要求1所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，在工作台的台面上还设有水滴角分析仪。4.如权利要求1所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，所述的水滴角观测镜头安装在电动云台上，电动云台下端固定在第三电动缸的伸缩端上端，第三电动缸在第三伺服电机驱动下可沿着与磨耗压头、划痕压头连线平行的方向移动。5.如权利要求4所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，第一电动缸由第一伺服电机驱动，第二电动缸由第二伺服电机驱动；第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机、滑轨驱动装置均由控制器控制。6.如权利要求1所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，所述的磨耗压头下端为水平圆柱形棒状。7.如权利要求1所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，所述的划痕压头为硬质合金钨钢球。8.如权利要求1所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置，其特征在于，在所述工作台上表面还设置有水槽，水槽一侧边设有孔，孔接回水软管，回水软管的下端插入回水装置。9.利用权利要求1
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8任一所述的硬质超疏水材料表面机械稳定性自动测试装置进行划痕测试的方法，其特征在于：第一电动缸的伸缩端下移，划痕压头作用于试样表面压力值略低于滑痕临界失效载荷值，使划痕压头移动设定距离,第一电动缸的伸缩端上移一段距离，将超纯水经供水软管及垂直刚性管下端出口淌至试样和划痕表面，当超纯水达到设定值时停止；控制器依据电动云台摄像头提供的影像数据、控制划痕压头对试样表面产生的划痕处最近距离，使水滴观测镜头处于最佳观测...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，杨森，刘民荣，朱亚州，崔秋鹏，
申请(专利权)人：山东和富工程检测有限公司，
类型：发明
国别省市：