采用悬滴法测量材料表面接触角,如图14.6所示。测量结果如表14.4所示,BF/PP(30∶70)复合材料和BF/PP(40∶60)复合材料的初始接触角相差不大,与水和二碘甲烷的接触角分别在91°～93°和50°左右,这可能是因为竹纤维均处在聚丙烯基体的包裹下,材料表面均为平整光滑的聚丙烯层,表现出憎水性。因此纤维含量对初始接触角影响不大。老化120h后水在BF/PP复合材料表面的接触角大大减小,随着老化时间的增长水在BF/PP(30∶70)复合材料和BF/PP(40∶60)复合材料的接触角都呈现出减小的趋势,BF/PP(40∶60)复合材料的接触角减小更为明显。这是因为表层聚丙烯老化后表面完整性被破坏,水分更易渗透,而随着老化时间的延长,亲水性的竹纤维逐渐暴露在材料表面,因而水在材料表面的接触角减小。
图14.6 接触角测定
固体的表面能又称表面吉布斯自由能,是指在一定的压力下,固体生成单位面积的表面所要消耗的等温可逆功。只要测得两种已知表面张力分量的液体在固体表面的接触角即可计算出固体表面能。大量实验表明,采用极性液体和非极性液体的组合作为检测液测得的表面能重复性最好。本实验采用水和二碘甲烷作为极性和非极性检测液来计算BF/PP复合材料的表面能,检测液的相关表面能参数如表14.5所示,计算结果如表14.4所示。材料表面能的非极性分量先增加后降低,240h后随着老化时间的增加极性分量不断增大,格里菲斯强度理论(Griffith's strength theory)指出,材料内裂纹的产生会使系统内的弹性能降低,根据能量守恒原理,裂纹产生所释放的弹性能必然要与裂纹产生所增加的表面能相等才能维持系统内部的能量平衡。因此,随着老化的进行,材料表面裂纹产生,材料的表面自由能增大。(www.zuozong.com)
表14.4 不同老化时间下BF/PP复合材料的接触角及表面能参数
表14.5 检测液的表面能参数单位:mJ/m2
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