【标准】PCA200 便携式接触角测量仪：依据 ASTM D8597-24 标准测试接触角

     可靠的表面预处理是获得优质涂装、印刷、密封与粘接效果的核心前提。工件表面即便残留少量的润滑剂、清洗剂或其它污染物，也会大幅改变表面润湿性，进而引发附着力差、涂层缺陷等问题。

      ASTM D8597-24《采用便携式测角仪通过接触角测量评定涂层、基材与涂料表面润湿性的标准试验方法》提供了一套标准化流程，可借助便携式接触角检测仪器评估材料表面润湿性。接触角检测能够直观反映液体与固体表面的相互作用，可精准识别污染、清洗、表面处理或老化带来的表面性能变化。

   德国德飞 DataPhysics 公司研发的 PCA200 便携式接触角测角仪(图1)满足 ASTM D8597-24 的各项检测要求，适用于现场测试场景。可一键全自动完成接触角与表面自由能计算。

图1，PCA 200便携式接触角测量仪

      本应用演示了PCA200 如何遵循 ASTM D8597-24 标准，快速、便捷、准确的实现现场测试铝板材样品表面润湿性。

测量基本信息

图2，OWRK模型表面能拟合曲线

检测实验（依据ASTM D8597-24 标准）

一、实验要求

    每种处理状态的铝板至少完成 3 组接触角平行测试，每组测试 5 次，保证数据重复性； 

二、铝板材处理流程

     对铝板材表面依次进行处理，并测量板材表面的4个阶段的接触角和表面自由能。4个阶段分别为：第一阶段，原始铝板表面未处理状态；第二阶段，使用制造过程中的冷却润滑剂涂敷；第三阶段，分别用清洗剂 1 清洗和清洗剂 2 清洗；第四阶段，使用清水漂洗。

三、使用PCA 200 便携式接触角仪

搭载全自动检测程序，无需人工干预，检测铝板与两种液体的接触角与表面自由能。

1.自动注射液体：采用压力式滴液系统，同步向铝板表面滴加两种测试液。

2.自动液滴图像采集：相机同步采集两种测试液滴在铝板表面的完整轮廓剖面。

3.接触角识别计算：软件自动识别并拟合液滴轮廓与铝板基线，计算固-液接触角。

4.表面自由能求解：基于测得接触角，选用 OWRK 或 Wu 模型计算铝板表面自由能。

5.检测结果展示：PCA200显示屏数秒显示测量结果（图3）。

图3，PCA200屏幕多模式显示界面

四、接触角测量结果与分析

     依据 ASTM D8597-24 标准，水接触角可直接表征材料表面润湿性，各阶段铝板表面水接触角数据见图 4：

图4，各处理阶段铝板材水接触角柱状图

1. 原始来料铝板材：水接触角 89.96°，润湿性较差；

2. 涂覆润滑剂后：水接触角骤降至 7.76°，润湿性大幅提升。说明润滑剂在铝表面形成强亲水层；

3. 清洗剂清洗后 ：

   o 清洗剂 1 清洗：接触角回升至 73.85°；

   o 清洗剂 2 清洗：接触角为 64.69°；

两种清洗剂均可去除大部分润滑层，但清洗剂 1 处理后的表面状态更接近原始基材。

4. 清水漂洗后

   o 采用清洗剂 1 处理漂洗后的铝材表面：接触角 88.18°；

   o 采用清洗剂 2 处理漂洗后的铝材表面：接触角 89.37°；

水漂洗后两组铝材表面接触角均与原始铝材表面接触角高度接近，说明清水可清除残留清洗剂与润滑组分。

五、数据重复性分析

      铝材表面的不同阶段：原始表面、润滑油涂敷后、漂洗液清洗后和水漂洗后的接触角总体偏差较小，表面组分均匀；其中偏差最大的为清洗剂 2 清洗后的铝材表面，接触角差为 4.94°，说明清洗效果较清洗剂 1欠佳、表面残留分布不均；清洗剂 1 清洗后的铝材表面接触角偏差仅 2.16°，表面一致性好。

六、铝材表面自由能数据佐证

1.原始铝材：表面以色散作用为主，色散分量38.12mN/m，极性分量仅0.42mN/m；

2.涂覆润滑剂后：极性分量飙升至33.31mN/m，证实润滑剂赋予表面强极性，表现为极低水接触角；

3.清洗剂 1 清洗：极性分量降至1.64mN/m，表面性能大幅还原；清水漂洗后极性分量进一步降至0.60mN/m，色散分量稳定在39.61mN/m，润滑残留基本去除；

4.清洗剂 2 清洗：虽可削弱润滑层影响，但清洗后极性分量仍达10.31mN/m，表面残留极性污染物更多；清水漂洗后极性分量降至0.58mN/m，恢复至原始基材水平。

图5，各处理阶段铝板材表面自由能分量柱状图

七、总结

      两种清洗方案经清水漂洗后，均可将铝板材表面恢复至原始状态；漂洗前清洗剂1的清洁效果更优。结合接触角与表面自由能两项指标，可全面评价材料表面润湿性、洁净度与表面化学特性。

     实验结果证明，PCA 200 便携式接触角测角仪符合 ASTM D8597-24 标准，可快速、稳定、便携地检测铝基材表面洁净度。仪器结合水接触角与表面自由能分析，能够清晰区分铝材表面处于原始、涂覆润滑油、清洗、漂洗四种不同表面状态。整机支持全自动滴液、高清成像、一键式数据解析，可辅助企业筛选适配清洗剂、优化前处理工艺，实现标准化常态化质量管控。简洁的操作流程、符合行业标准的检测能力，使其成为制造业开展客观、可复现、高效表面处理效果评估的理想仪器。