本發(fā)明屬于土工合成材料測試，涉及一種復(fù)合土工合成材料的接觸角測試方法。

背景技術(shù)：

1、有紡?fù)凉た椢锸怯珊铣衫w維通過編織而成的透水性合成材料，具有抗拉強度高、耐腐蝕、透水性好等工程特性，在土工建筑中起到加筋、隔離、防護、排水和反濾等作用。土工織物的接觸角是表征材料潤濕性的重要指標，也是定量分析土工織物滲透、親/疏水性能、反濾性能的參考依據(jù)。

2、隨著土工合成材料的不斷發(fā)展，形成了以塑料類（聚乙烯、聚酯、聚丙烯等）、纖維類（玄武巖纖維、碳纖維、玻璃纖維等）為原料，通過單絲、多絲和混合絲等多種組合方式，并采用平紋、斜紋和緞紋等不同編織工藝而成的具有復(fù)合功能的新型土工合成材料即復(fù)合有紡?fù)凉た椢铮诮ㄖ?、交通、防?zāi)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用和巨大發(fā)展前景。然而，基于楊氏方程的接觸角測量方法僅適用于理想的剛性、均一、光滑且惰性的薄膜材料，并不適用于復(fù)合有紡?fù)凉た椢锝佑|角的測量。如何準確表征化學(xué)成分多樣、表面凹凸不平、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料的接觸角和潤濕特性，是實現(xiàn)復(fù)合有紡?fù)凉た椢餄B透、隔離、反濾等功能的理論基礎(chǔ)，也是土工合成材料領(lǐng)域亟需解決的問題之一。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于提供一種復(fù)合土工合成材料的接觸角測試方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中基于楊氏方程的接觸角測量方法不適用于復(fù)合有紡?fù)凉た椢锝佑|角的測量的問題，以及目前無法準確測量化學(xué)成分多樣、表面凹凸不平、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合材料的接觸角的技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提供一種復(fù)合土工合成材料的接觸角測試方法，包括如下步驟：

3、步驟s1：獲取復(fù)合土工合成材料，采用光切法測定復(fù)合土工合成材料的紋理表面積，利用紋理表面積計算復(fù)合土工合成材料的粗糙度因子；步驟s2：計算復(fù)合土工合成材料中親水材料與憎水材料的表面積占比；步驟s3：測定復(fù)合土工合成材料中親水材料與憎水材料的本征接觸角；步驟s4：利用cassie-baxter模型和wenzel模型計算復(fù)合土工合成材料的表觀接觸角。

4、進一步的，步驟s1具體為：步驟s11：獲取復(fù)合土工合成材料，對復(fù)合土工合成材料進行裁剪，得到測試材料，將測試材料固定在支撐墊板上；

5、步驟s12：將鋪有測試材料的支撐墊板置于半導(dǎo)體激光發(fā)射器下方，并采用激光紋理掃描儀對測試材料進行掃描，得到測試材料的表面紋理模型，利用光切法對表面紋理模型進行測定，得到測試材料的紋理表面積；

6、步驟s13：利用激光紋理掃描儀在測試材料表面上的投影面積與測試材料的紋理表面積，計算復(fù)合土工合成材料的粗糙度因子，粗糙度因子的函數(shù)表達式如下：

7、（1）；

8、其中：為激光紋理掃描儀在測試材料表面上的投影面積，為測試材料的紋理表面積，為復(fù)合土工合成材料的粗糙度因子。

9、進一步的，步驟s2具體為：

10、步驟s21：將測試材料平鋪于桌面上，采用相機垂直于桌面拍攝測試材料圖片；

11、步驟s22：采用中值濾波法對步驟s21得到的測試材料圖片進行降噪處理，得到無噪聲測試材料圖片；

12、步驟s23：采用頻率域法對無噪聲測試材料圖片進行增強處理，得到增強無噪聲測試材料圖片；

13、步驟s24：采用自動閾值分割法對增強無噪聲測試材料圖片進行處理，得到二值增強無噪聲測試材料圖片；

14、步驟s25：將二值增強無噪聲測試材料圖片輸入到image?j軟件，利用image?j軟件計算復(fù)合土工合成材料中親水材料與憎水材料的表面積占比。

15、進一步的，步驟s25具體為：

16、步驟s251：在image?j軟件中打開二值增強無噪聲測試材料圖片；

17、步驟s252：點擊image?j軟件菜單欄中的圖像菜單欄，選擇類型選項，再選擇類型選項里的8-bit選項，得到8-bit模式的測試材料圖片；

18、步驟s253：點擊image?j軟件菜單欄中分析菜單欄，選擇測量設(shè)置選項，在彈出的測量設(shè)置對話框中，選擇面積選項，對8-bit模式的測試材料圖片的面積進行分析；

19、步驟s254：點擊image?j軟件菜單欄的圖像菜單欄，選擇調(diào)整選項，彈出的閾值對話框，拖動閾值對話框中的滑塊，進行閾值調(diào)整，得到能區(qū)分親水材料與憎水材料區(qū)域的圖像；

20、步驟s255：image?j軟件對能區(qū)分親水材料與憎水材料區(qū)域的圖像進行計算，得到復(fù)合土工合成材料中親水材料表面積占比與復(fù)合土工合成材料中憎水材料表面積占比。

21、進一步的，步驟s3具體為：

22、步驟s31：將測試材料裁剪成條帶試樣，條帶試樣的長度范圍為300mm-500mm，將條帶試樣中的憎水材料拆解成單根絲狀的憎水纖維，使用透明膠布將單根絲狀的憎水纖維固定于試樣臺上；

23、步驟s32：打開接觸角測量儀，并調(diào)節(jié)背景光亮度與試樣臺高度，使試樣臺上的憎水纖維在接觸角測量儀觀察窗中清晰可見；

24、步驟s33：將蒸餾水注入微量注射器中，通過觀察窗調(diào)整注射器位置，使微量注射器針尖置于憎水纖維上方，微量注射器針尖懸掛水滴；

25、步驟s34：開啟ccd工業(yè)相機，并設(shè)置相機拍攝參數(shù)；

26、步驟s35：升高試樣臺，使憎水纖維表面接觸微量注射器針尖懸掛水滴；

27、步驟s36：采用寬高法計算復(fù)合土工合成材料中憎水材料的本征接觸角。

28、進一步的，步驟s4具體為：

29、步驟s41：基于cassie-baxter模型，建立復(fù)合土工合成材料的表觀接觸角與憎水材料的表面積占比的函數(shù)關(guān)系表達式，如下所示：

30、（2）；

31、其中：為復(fù)合土工合成材料的表觀接觸角，單位為°，為憎水材料的表面積占比，為復(fù)合土工合成材料的憎水材料的表觀接觸角，為復(fù)合土工合成材料的親水材料的表觀接觸角；

32、步驟s42：基于親水材料的本征接觸角，得到復(fù)合土工合成材料的表觀接觸角與憎水材料表面積占比的函數(shù)關(guān)系表達式，如下所示：

33、（3）；

34、步驟s43：基于wenzel模型，建立復(fù)合土工合成材料表觀接觸角與復(fù)合土工合成材料本征接觸角的函數(shù)表達式，如下所示：

35、（4）；

36、步驟s44：基于復(fù)合土工合成材料表觀接觸角與復(fù)合土工合成材料本征接觸角的函數(shù)表達式，復(fù)合土工合成材料的表觀接觸角與憎水材料的表面積占比函數(shù)關(guān)系表達式，建立復(fù)合土工合成材料的表觀接觸角表達式，如下所示：

37、?（5）；

38、其中：為復(fù)合土工合成材料中憎水材料的本征接觸角。

39、相機拍攝參數(shù)，具體為相機曝光時間為1ms，拍攝頻率為25幀/秒，拍攝時長為20秒。

40、本發(fā)明的有益效果是：

41、1.本發(fā)明提出了一種復(fù)合土工合成材料的接觸角測試方法，實現(xiàn)了針對化學(xué)成分多樣、表面凹凸不平、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合有紡?fù)凉た椢锝佑|角的準確測量，具有操作簡便、計算簡單、可重復(fù)性較高的特點。

42、2.隨著土工合成材料領(lǐng)域的不斷發(fā)展，土工合成材料的原料、編織工藝和功能逐漸由單一向復(fù)合方向發(fā)展，然而目前針對含親水和憎水材料的復(fù)合有紡?fù)凉た椢锏慕佑|角測量方法尚處空白地帶。本發(fā)明結(jié)合圖像處理技術(shù)提出了復(fù)合有紡?fù)凉た椢镉H水和憎水材料表面積占比確定方法，能夠簡單、便捷地確定復(fù)合有紡?fù)凉ず铣刹牧细鹘M分的占比，為今后化學(xué)成分多樣、編制結(jié)構(gòu)復(fù)雜的新型土工合成材料接觸角的測量提供技術(shù)支持。