纖維在液體基質(zhì)中的潤(rùn)濕行為在紡織工業(yè)和高級(jí)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的制造中起著重要作用。纖維樣品的尺寸可能介于外徑5µm(如超細(xì)纖維)至數(shù)毫米(如金屬絲等)之間，由于纖維樣品的圓柱形狀和微小直徑，液滴表面在接近三相接觸點(diǎn)時(shí)會(huì)急劇變化，甚至出現(xiàn)拐點(diǎn)(座滴的輪廓在平面樣品上永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn))，導(dǎo)致直接在纖維樣品上測(cè)量接觸角通常比在平面上要困難得多。
單一纖維的接觸角，是基于對(duì)單絲上單個(gè)液滴的直接微觀觀測(cè)，通過(guò)液滴的輪廓采用*不同的計(jì)算算法來(lái)確定接觸角。
用于描述和計(jì)算液滴在單絲(DoF)體系接觸角的數(shù)學(xué)模型，是基于與測(cè)量常規(guī)座滴接觸角相同的Laplace-Young方程(參見下圖的公式)。然而，邊界條件的選取有很大差別，這導(dǎo)致液滴的輪廓*不同。如果可以準(zhǔn)確測(cè)量液滴的長(zhǎng)度l 和高度 h，則可以根據(jù)系統(tǒng)方程計(jì)算接觸角，該方程稱為大液滴長(zhǎng)-高法(MLH)。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，很難準(zhǔn)確測(cè)量液滴大長(zhǎng)度l，特別是對(duì)于直徑小于15µm的超細(xì)纖維，因?yàn)楹茈y從視覺(jué)上或數(shù)學(xué)上明確的識(shí)別纖維表面的三相接觸點(diǎn)。然而，接觸角的數(shù)值即使對(duì)液滴長(zhǎng)度l值中的微小誤差也相當(dāng)敏感。
為了克服這一困難，LAUDA Scientific光學(xué)
接觸角測(cè)量?jī)x的SurfaceMeter軟件采用了多種計(jì)算方法，通過(guò)DoF體系的液滴外形來(lái)計(jì)算接觸角。除了大液滴長(zhǎng)-高法之外，它還提供了廣義液滴長(zhǎng)-高法(GLH)。GLH法不僅通過(guò)(
l,
h)數(shù)值對(duì)確定接觸角的值，而且還根據(jù)許多其它輪廓坐標(biāo)對(duì)確定接觸角的值。因此，采用整個(gè)液滴輪廓進(jìn)行計(jì)算，而不僅僅是MLH法那樣只使用兩個(gè)，這使得該方法更加可靠和準(zhǔn)確。
直徑小于15µm的微纖維上的液滴體積通常小于100pl(皮升)，因此，這類測(cè)量需要使用特殊的皮升注射單元。此外，還需要適用于微纖維的高倍光學(xué)系統(tǒng)和特殊樣品臺(tái)。
除DoF法外，LAUDA Scientific光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x還提供了另一種光學(xué)方法，用于研究直徑范圍從幾微米到幾毫米的單絲的潤(rùn)濕行為，這就是所謂的Liquid-Bridge Meniscus (LBM)液橋法。
與DoF法相比，LBM法可以測(cè)量大于90度的接觸角。LBM法也考慮了重力因素，因此這種方法可用于測(cè)量任意尺寸的單絲。此外，由于有足夠多的液相，因此液體的蒸發(fā)對(duì)于LBM法來(lái)說(shuō)根本不是問(wèn)題，而對(duì)于DoF來(lái)說(shuō)則是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。
借助DoF法和LBM法，LAUDA Scientific為客戶提供了目前市場(chǎng)上較好的單一纖維測(cè)量方法，用于研究從微米級(jí)的超細(xì)纖維到毫米級(jí)的圓棒的潤(rùn)濕性。借助于粉末和多孔樣品模塊(POM)，超細(xì)纖維也可以作為纖維束進(jìn)行研究。
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