【应用】通过质量法测量碳纤维与环氧树脂的动态接触角

通过质量法测量碳纤维与环氧树脂的动态接触角碳纤维与树脂的润湿好坏直接影响飞机生产中复合材料的性能。而润湿性通常用接触角表征，本文介绍了使用动态接接触角测量仪测量碳纤维和树脂的接触角的测量方法。测量目的：测量碳纤维与一种环氧树脂的动态接触角，即前进角和后退角。测量样品：液体样品（一种环氧树脂）， 固体样品（碳纤维）应用领域：航空航天领域复合材料研究使用仪器      德国德飞 DataPhysics 仪器公司生产的 DCAT25 动态接触角测量仪（图1），是一款以质量法为基础的多功能测量仪器，它不仅能够测量固/液接触角，还可以测量液体表面张力、固体表面自由能、纤维微滴脱粘等物理量。（图1）DCAT25 动态接触角测量仪我司提供测样服务、技术培训等，欢迎咨询！ DPIC北京奥德利诺仪器 ———————————————————————————————————————————————— 通过质量法 测量碳 纤维与 环 氧树 脂 的 动 态 接触 角 碳纤 维与 树 脂 的 润湿好 坏 直 接 影 响 飞机生 产 中 复 合 材料 的 性 能。而 润 湿性 通 常 用 接 触 角 表 征 ,本 文 介 绍 了 使用 动 态 接 接 触 角 测 量 仪 测 量 碳 纤 维 和 树脂 的接 触 角 的测 量 方 法 。一 测量目的:测 量碳纤维与一 种 环氧树脂的动态接触角 ,即前进角和后退角 。 测量样品:液体样品(一种环氧树脂 ),固 体样 品 (碳纤维) 应用领域:航空航天领域复合材料研究 德国德飞 DataPhysics仪器公司生产的 DCAT25动态接触 角测量仪（图 1），是一款以质量法为基础的多功能测量仪器，它不仅能 够测量固/液接触角，还可以测量液体表面张力、固体表面自由能、纤 维微滴脱粘等物理量。 ——————————— www.dataphys.com.cn ——————————— DPIC北京奥德利诺仪器 (图1) DCAT25 动态接触角测量仪 实验原理 DCAT25动态接触角测量仪最上方是一个高精度挂式天平，精度 为 ±20ug ，可以动态实时测量样品力的变化，每秒可达 100个数据点。测量非常灵敏并准确。计算公式为： ——————————— www.dataphys.com.cn ——————————— DPIC北京奥德利诺仪器 其中：θ 为碳纤维和树脂的接触角 F为天平测量的力 L为树脂和碳纤维的润湿周长，即碳纤维的周长 σ 为树脂的表面张力 我们需要得到树脂的表面张力和纤维的直径 ，可先使用 Wilhelmy片法测量树脂的表面张力，用螺旋测微器测量碳纤维直径。 实验过程 1，测量环氧树脂表面张力在表面张力仪 DCAT25的样品池中加入 一定体积的环氧树脂。将灼烧清洁过的铂金片挂在仪器天平刀口上，采 用经典力学法 Wilhelmy片法测量环氧树脂表面张力（图 2）。 (图2) Wi l h e lm y 片法 测 量 液 体表面张力示意图 ——————————— www.dataphys.com.cn ——————————— DPIC北京奥德利诺仪器 由于环氧树脂在铂金片上的接触角 θ为 0° ，cosθ即为 1 ，根据公式： 测得环氧树脂表面张力，三次平行测量分别为 48.138mN/m，48.137mN/m和 48.132mN/m 。取平均值带入后续测量中。 2，将碳纤维单丝固定在纤维样品夹上（可以粘单根也可以粘多根）并挂在 天平刀口上，将装有环氧树脂的样品杯放置在样品台上，碳纤维的正下方，碳 纤维垂直于水平面，以保证测量时能够垂直插入树脂中（图 3）。 (图3)单丝纤维样品附件示意图 3，在专用的动态接触角测量软件中输入已经测量得到的环氧树脂的表面 张力值、碳纤维的周长值（注意：如果粘了多根纤维，那么周长值为单个纤维 的周长乘以纤维的数量），碳纤维插入树脂的深度等参数。由于 DCAT25的整 个测量过程为全自动过程，它可以自动地检测纤维头触及到环氧树脂的时刻，并自动启动动态接触角测量。所以，预先设定一个检测限量非常重要。本次测 量的检测限量设定为 0.02ug 。 ——————————— www.dataphys.com.cn ——————————— DPIC北京奥德利诺仪器 4，平行测量3次得到测量结果，前进角与后退角数值显示在软件中(图4)，见(表一)。 (图4) 测试项 第一次测量 第二次测量 第三次测量 前进角 49.63° 49.08° 47.06° 后退角 9.24° 13.02 12.4° (表一) 总结 使用德国德飞Da t aP h ys i c s公司 D C AT25 动态接 触 角 仪 可以简单准确 地测 量 碳 纤维与 树脂 的动态接触角，从 而有效地表征 碳 纤维与树 脂 的润湿 性 ，对大飞 机行 业的 复合材 料 研发具有 非 常重要的指导意义 。 我司提供测样服务、技术培训等，欢迎咨询 !