韓國(guó)研究人員Zui新發(fā)表的研究指出，復(fù)合材料行業(yè)中廣泛使用的靜態(tài)接觸角測(cè)量法可能誤導(dǎo)工程師對(duì)纖維與樹(shù)脂實(shí)際結(jié)合強(qiáng)度的判斷。由慶尚國(guó)立大學(xué)金鐘鉉、權(quán)東俊與韓國(guó)融合紡織研究所申平秀組成的團(tuán)隊(duì)在《工業(yè)與工程化學(xué)進(jìn)展》期刊發(fā)表論文，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證實(shí)，動(dòng)態(tài)接觸角法在預(yù)測(cè)纖維-基體界面性能方面顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的靜態(tài)液滴法。

接觸角分析常用于評(píng)估固體表面能與材料間的粘附功。傳統(tǒng)靜態(tài)法通過(guò)在樣品表面放置已知表面張力的液滴并拍攝照片來(lái)讀取角度。然而研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，該方法在玻璃纖維等微尺度樣品上存在明顯缺陷：大液滴會(huì)因自身重力下垂導(dǎo)致幾何形變，小液滴則蒸發(fā)迅速，常測(cè)得的是后退角而非理論所需的前進(jìn)角。此外，圖像分辨率、亮度、視角以及樣品表面的灰塵或微裂紋均會(huì)引入誤差，使靜態(tài)測(cè)量結(jié)果高度依賴(lài)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)。

為驗(yàn)證兩種方法的可靠性，團(tuán)隊(duì)制備了四種環(huán)氧樹(shù)脂體系，分別采用雙酚A型二縮水甘油醚（DGEBA）和四縮水甘油胺二氨基二苯甲烷（TGDDM）兩種樹(shù)脂，搭配酸酐、胺類(lèi)固化劑及兩種二氨基二苯砜（33DDS與44DDS）變體。研究使用DCAT 11儀器進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，以每分鐘1毫米的速度將樣品浸入測(cè)試液體至2毫米深度，基于Wilhelmy原理記錄浸沒(méi)與抽出過(guò)程中的重量變化，計(jì)算前進(jìn)角與后退角。同時(shí)，通過(guò)微液滴拉出試驗(yàn)測(cè)定真實(shí)的界面剪切強(qiáng)度（IFSS），每組條件重復(fù)40次，拉伸速度為每分鐘0.5毫米。

機(jī)械測(cè)試結(jié)果顯示，TGDDM/33DDS體系因交聯(lián)密度高、剛性強(qiáng)，與玻璃纖維的結(jié)合力Zui強(qiáng)。但在對(duì)比粘附功預(yù)測(cè)值時(shí)，兩種方法出現(xiàn)顯著分歧。靜態(tài)法測(cè)得的粘附功約100達(dá)因/厘米，其數(shù)值排序與實(shí)際剪切強(qiáng)度趨勢(shì)完全不符：結(jié)合Zui強(qiáng)的配方反而顯示較低的靜態(tài)粘附功，而界面較弱的低氨基樹(shù)脂卻得分偏高。相比之下，動(dòng)態(tài)法測(cè)得的值較低（約60達(dá)因/厘米），但其對(duì)四種樹(shù)脂的排序與機(jī)械拉出試驗(yàn)的結(jié)果高度一致。

研究團(tuán)隊(duì)解釋稱(chēng)，差異源于兩種方法實(shí)際接觸的界面面積。動(dòng)態(tài)浸沒(méi)法使液體均勻潤(rùn)濕樣品大面積區(qū)域，記錄的力值能整合整個(gè)固液界面的真實(shí)化學(xué)作用；而靜態(tài)液滴僅接觸微小區(qū)域，且形狀易受重力、蒸發(fā)及液體逐漸滲入基質(zhì)的影響。盡管單根纖維的動(dòng)態(tài)力曲線(xiàn)存在因傳感面積過(guò)小導(dǎo)致的測(cè)量噪聲，但基于重量的數(shù)據(jù)仍比液滴攝影更具定量性和可重復(fù)性。該結(jié)論不僅適用于環(huán)氧-玻璃纖維體系，也延伸至碳纖維上漿劑評(píng)估、玄武巖纖維等離子處理等復(fù)合材料表面處理技術(shù)。若設(shè)計(jì)決策依賴(lài)可能顛倒材料排名的靜態(tài)數(shù)據(jù)，選材與配方開(kāi)發(fā)將面臨風(fēng)險(xiǎn)。

研究強(qiáng)調(diào)，粘附功屬于基于理想表面與平衡角度的熱力學(xué)理論量，而界面剪切強(qiáng)度則反映交聯(lián)密度、基體模量、固化條件及脫粘力學(xué)等復(fù)雜現(xiàn)實(shí)因素。動(dòng)態(tài)法通過(guò)采樣更大界面并提供不受蒸發(fā)或重力污染的前進(jìn)角，更有效地彌合了理論預(yù)測(cè)與機(jī)械現(xiàn)實(shí)之間的差距。團(tuán)隊(duì)建議，盡管動(dòng)態(tài)操作難度較高，但在需要可靠分析界面性能的場(chǎng)景下，應(yīng)將其作為比熟悉液滴拍照法更合適的選擇。