試驗6 纖維與稀樹脂溶液的接觸角度測定

一、試驗目的
1、掌握測量纖維/稀樹脂溶液接觸角的技術要點;
2、學會測定固體表面張力г。的方法及操作程序;加深固-液界面浸潤狀態的了解。
二、試驗內容
1、校準接觸角測定儀;
2、測定一種纖維和一種稀樹脂溶液的接觸角;
3、測定多種液體的表面張力以及這些液體與同一種纖維的接觸角,進而求出纖維的臨界表面張力г。(此項試驗內容可視試驗時間而取舍)

驗內容可視試驗時間而取舍)。
三、實驗原理
復合材料學中的重要內容之一是增強纖維被液體樹脂浸潤的狀態。目前,碳纖維和高強玻璃纖維在生產時就已進行表面處理劑(偶聯劑)處理,而眾多的玻璃纖維和玻璃布仍然是采用石蠟乳劑處理表面。為了改善復合材料的性能,了解樹脂-纖維浸潤狀態很有必要。樹脂對纖維的浸潤性好或壞,接觸角的大小是常用的表征方法之一。雖然粘附功Wsl表征浸潤性比較合

 

 

述了粘附功Wsl和接觸
   掌握接觸角測定技術是本專業實驗課教學訓練的重要內容,但是,國內固-液接觸角測定儀的技術狀態并不很理想,準確測定纖維和樹脂的接觸角還很困難。
  另一方面,我們已知某液體與某固體產生浸潤的必要條件是   的測定方法已在實驗5中學習過。本次實驗要求用一系列已知表面張力的液體測量其對同一種纖維的接觸角外推到接觸角等于零時的表面張力,稱為臨界表面張力 

 

 

通過公式(6-2認為該臨界表面張力接近該固體的表面張力)
  總之,掌握表面張力和接觸角的測定方法并實施準確的測定,我們就可以求到固-液接觸的粘附功Wsl。
四、實驗儀器
  接觸角測定儀[-page-] 
  通常接觸角測定儀由顯微鏡、照明系統、試樣工作臺、照相系統和調節系統等幾部分組成,其中主機上有一個可以轉動的纖維支架,工作臺上有液體樣品池,可以上下左右滑動,還可以加熱升溫。但任何一臺接觸角測定儀的核心部分是帶角度視野的顯微鏡和液體樣品池與纖維支架??梢詫⒗w維與液體接觸的狀態在顯微鏡下觀察甚至于照相。上?;W院吳敘勤教授研制一個簡單的樣品液體吃和纖維支架,放于光學顯微鏡下酒可測定纖維也液體的接觸角,且效果良好。
五、實驗步驟
 1、調試儀器
 (1)觀察接觸角測定儀的組成和結構,調整主機底座螺旋使主機處于水平工作狀態;
(2)接通電源,先調節照明系統,使顯微鏡的事業明亮,并使角度盤清晰‘
(3)調節顯微鏡光路中心與纖維支架旋轉中心是否一致,讓顯微鏡的十字中心對準樣品池,并上下左右移動注意視野的范圍;
(4)如果將接觸角拍成照片,顯微鏡上要有安裝照相機的接口;
(5)如欲在測試過程中對液體試樣池加熱升溫,則應通電試并調節控制加熱系統,使之能按事先要求加熱升。
2、測定一種纖維和一種液體的接觸角
(1)建議選擇玻璃纖維和環氧樹脂稀溶液。配制樹脂稀溶液,并加蓋不讓它處于揮發溶劑狀態。
(2)將纖維用針從纖維支架的小孔中慢慢引出并用透明膠帶將纖維繃緊固定在支架上,然后將安有纖維的纖維支架安放在樣品池上方處。
(3)檢查工作臺和液體樣品池是否水平,然后小心緩慢地用注射器將待測液體樣品注入樣品池中并使之液面鼓起而不外溢。
(4)緩慢地轉動支架旋鈕,將帶有纖維的架子向下旋入液體中,特別注意纖維與液體接觸的方式。
(5)從顯微鏡中觀察,并旋轉支架使纖維處于主機和顯微鏡光路中心,纖維的影像與目鏡的十字線重合,如圖6-1中左圖。
(6)旋轉支架使纖維與液體的接觸按圖6-1式自作向右調試,直到右圖狀態,此時顯微鏡中讀出的角度值即為所測纖維與該液體的接觸角θ。
(7)反復進行不同纖維與液體的接觸方式,并觀察所測得的接觸角是否一致。
(8)對液體樣品池加熱,測定不同溫度下的接觸角,但應注意加熱會加速液體溶劑的揮發,使溶液濃度變化。
3、懸滴法測定纖維與稀樹脂溶液接觸角
 (1)將纖維繃直固定在纖維支架上將顯微鏡調節到有清晰的纖維試圖;
(2)將待測液體滴掛在纖維絲上,形成抱在纖維上的一個液珠,如圖6-2.將顯微鏡的刻度尺對準液珠,

 

[-page-]


  4、測定一種纖維與多種已知表面張力的液體的接觸角,外推求纖維的表面張力г
(1)選擇4-5中已測或已知表面張力的液體和一種(參看《復合材料試驗技術》P88表5-6)。
(2)按上述測定纖維與液體接觸角的操作方法測定該種纖維分別與幾種液體的接觸角。注意每次都應調換一種新的同種纖維,且不同液體裝入樣品池之前,樣品池洗干凈,再用待測液體反復淋洗兩次。
(3)將所測接觸角θ和對應的г1