【摘要】 纤维在液体基质中的润湿行为在纺织工业和高级纤维增强复合材料的制造中起着重要作用。

纤维在液体基质中的润湿行为在纺织工业和高级纤维增强复合材料的制造中起着重要作用。纤维样品的尺寸可能介于外径5µm（如超细纤维）至数毫米（如金属丝等）之间，由于纤维样品的圆柱形状和微小直径，液滴表面在接近三相接触点时会急剧变化，甚至出现拐点（座滴的轮廓在平面样品上永远不会出现拐点），导致直接在纤维样品上测量接触角通常比在平面上要困难得多。

单一纤维的接触角，是基于对单丝上单个液滴的直接微观观测，通过液滴的轮廓采用完全不同的计算算法来确定接触角。

用于描述和计算液滴在单丝（DoF）体系接触角的数学模型，是基于与测量常规座滴接触角相同的Laplace-Young方程（参见下图的公式）。然而，边界条件的选取有很大差别，这导致液滴的轮廓完全不同。如果可以精确测量液滴的长度l 和高度 h，则可以根据系统方程计算接触角，该方程称为最大液滴长-高法（MLH）。然而，在实际应用中，很难精确测量液滴最大长度l，特别是对于直径小于15µm的超细纤维，因为很难从视觉上或数学上明确的识别纤维表面的三相接触点。然而，接触角的数值即使对液滴长度l值中的微小误差也相当敏感。

 

 

为了克服这一困难，接触角测量仪的SurfaceMeter软件采用了多种计算方法，通过DoF体系的液滴外形来计算接触角。除了最大液滴长-高法之外，它还提供了广义液滴长-高法(GLH)。GLH法不仅通过(l, h)数值对确定接触角的值，而且还根据许多其它轮廓坐标对确定接触角的值。因此，采用整个液滴轮廓进行计算，而不仅仅是MLH法那样只使用两个，这使得该方法更加可靠和精确。

直径小于15µm的微纤维上的液滴体积通常小于100pl(皮升)，因此，这类测量需要使用特殊的皮升注射单元。此外，还需要适用于微纤维的高倍光学系统和特殊样品台。

 

 

除DoF法外，接触角测量仪还提供了另一种光学方法，用于研究直径范围从几微米到几毫米的单丝的润湿行为，这就是所谓的Liquid-Bridge Meniscus (LBM)液桥法。

与DoF法相比，LBM法可以测量大于90度的接触角。LBM法也考虑了重力因素，因此这种方法可用于测量任意尺寸的单丝。此外，由于有足够多的液相，因此液体的蒸发对于LBM法来说根本不是问题，而对于DoF来说则是一个严重的问题。

借助DoF法和LBM法，单一纤维测量方法，用于研究从微米级的超细纤维到毫米级的圆棒的润湿性。借助于粉末和多孔样品模块(POM)，超细纤维也可以作为纤维束进行研究。

 

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