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ぬれるか、玉になるか、撥水を測る 

ガラスに水が広がったり、里芋の葉や傘の表面に水滴がコロコロと転がったり。
素材と水のぬれる関係は濡れ性(逆の意味ではじく意味では、撥水性)の問題になります。

ぬれやすいというのは、何らかの表面に広く広がること。
ぬれにくいというのは、何らかの表面で広がらず水滴となる傾向が強いことを言います。

窓ガラスを例にすると、ぬれることで早く水を下に流すことができますが、濡れ性が悪いと水滴になると付着する傾向が強いため水は流れにくく窓の外が見えにくくなります。ただし自動車などは水滴になった方が風で水滴が飛ばされるため、ある程度の速度以上では水滴になった方が有利なことがあります。
100317a.jpg
濡れ性(撥水性)の度合いは、素材上での水滴のなりやすさを計測します。
ある素材に水滴をつくり、その水滴の接線の角度を接触角として計測しますが実際に測ることは困難です。そこで水滴の頂点と素材と接触している水滴底面の角度を測り、その2倍にしたものは接線の角度と同じであることを利用して接触角を測定します。

なぜそうなるか(検算しよう)
θ=2tan-1 ( h / r )
hは水滴高さ rは水滴底面の半径
100317b.jpg
実際に匝は仕事でこの方法を用いて鉄板表面のコーティング撥水性を計測しました。

その時の事前確認で得た知見は、
1)水滴は小さいほど重力(水滴自重)の影響が小さくなる
2)水温50℃まで確認した限りでは水温の影響は無視できる
3)水滴は小さい方が上から見ても丸い形状となる(大きいと変形する)
4)撮影時の光源は順光、水滴とカメラの距離は150mm程度でF値は開放がよい
5)カメラのF値を絞ると輪郭がわかりにくい
6)コントラスト調整後モノクロ印刷し定規と分度器で計測するとよい
100317c.jpg
実際に撥水計測器というのはあるのだが、かなり高価。デジカメをつける簡易的なタイプでも20万円程度はするため、匝は手作業で行ったんですね。大手の研究所で予算は結構あったはずなんですが…。

夏休みの自由研究でもいけそうですね。濡れ性が生活の場でどのように利用されているかなどを交えればおもしろいかも。


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