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表面粗糙度对拒水的影响

资料来源；染整工程第四册p133-148陶乃杰主编

目前对接触角的测量尚有些争议，主要是在实际情况下，接触角不是一个简单的数值，它的测量条件产生一个共同的问题，即或在固/液界面扩展 (取代固/气界面)后测量，其结果称前进接触角以θ_f表示；或在固/液界面缩小 (被固/气界面取代)后测量，其结果称后退接触角以θ_b表示。这两者数值往往不等，θ_f＞θ_b，两者的差值（θ_f-θ_b）称接触角滞后。

造成接触角的滞后现象是由种种原因引起的，但主要是由于表面不平和表面不均匀，因为固体表面一般不是完全光滑的，其表面不平不仅影响接触角滞后，也影响接触角的数值。Wentzel指出，在一给定的几何面粗化以后，必具有较大的真实表面积。设真实表面积与表观面积之比用Y表示 (Y称为粗糙因子)。显然Y越大，表面越不平。它与接触角的关系可用Wentzel方程表示即，

Y=cosθ'/ cosθ (6)

θ'为在粗糙表面上的表观接触角，θ为在平滑表面上的接触角，公式表明，粗糙面的cosθ'的绝对值总比平滑表面大。这就是说，当θ大于90°时表面粗化将使接触角变大，而θ小于90°时表面粗化将使接触角变小。

实际上，织物是一个更为复杂的问题，不仅表现在表面有凹凸不平，而且还具有大量的孔隙。所以，拒水性与织物的表面粗糙度和多孔性有一定的关系。经过研究发现液体在具有小孔而粗糙的表面上的接触角(φ)与在相间物质的光滑平面上的接触角θ之间关系，如经验公式所示:

cosφ=f_scosθ-f_a (7)

f_s和f_a分别为多孔表面上平行于表面的每平方厘米面积上所具有的固-液和液-气界面积(cm²)。如果f_a=0，即不存在液-气界面,则f_s相当于表面的粗糙度。从方程(7)可以看出，当θ＜90°，φ将随着f_s的增大而减小，即属易于润湿的体系，由于表面凹凸则更易润湿，当θ＞30°，φ将随着f_s的增大而增大，即属难于润湿的体系，则由于表面凹凸而更难润湿。此外，φ总是随着f_a的增大而增大，也就是织物的结构在一定程度内越是松散，接触角越大，越有利于水滴的滚动流失，但容易产生透水问题。