用于单向织物的芯吸测试：通过测量毛细参数评估液体复合材料成型工艺中的毛细压力

本实验的总体目标是评估用于设计液体复合材料成型工艺所需的纤维毛细管压力值。该方法有助于解决液体复合材料成型工艺在复合材料制造领域中的一个关键问题，即大型复杂复合材料构件中孔隙和干斑的形成机制。该技术的优势在于，可结合标准张力仪以及各类复合材料增强体使用。

本次实验操作由位于圣艾蒂安高等矿业学校乔治·弗里德尔实验室的博士生 Monica Francesca Pucci 演示。开始样品制备时，沿垂直于织物纹理的方向裁剪一条宽度为 20 毫米、纤维体积分数为 40% 的织物条。将该织物条卷成一个紧密的圆柱体，确保卷绕均匀。用厚度不超过 0.1 毫米的滤纸包裹样品。

小心地将样品插入样品架中，确保滤纸使织物与样品架之间保持均匀分离。拧紧样品架端盖，使织物样品在活塞下被压实。制备好织物样品后，将样品架夹固到张力计上。

将正己烷加入一个70毫米宽的硼硅酸盐玻璃容器中，液面高度为12毫米。将容器置于张力计的升降平台上。在张力计软件中，将液体容器的移动速度设置为0.5毫米每秒，表面检测阈值设置为8毫克。

然后，开始吸液测试。当液体接触样品后，在仪器软件中监测液体质量随时间的增加情况。当液体到达样品顶端，且质量不再继续增加时，结束测试。

用Washburn方程拟合吸液曲线的线性段，并以前进接触角为零度来确定几何常数。从张力计上取下样品架和己烷容器。

打开样品架并取出织物样品。然后将样品架浸入铬酸溶液中30秒。用蒸馏水冲洗样品架，并在压缩空气流下干燥。

准备一个相同的卷状织物样品，用滤纸包裹，并将其放入洁净干燥的样品座中，用于前进接触角测量。关闭样品座。

将一个70毫米宽、盛有12毫米深水的硼硅酸盐玻璃容器放入张力计中，并将样品架固定在张力计内。设置张力计参数并进行吸水测试。

使用先前计算的几何因子，将吸液曲线拟合到Washburn方程，并确定前进接触角。用铬硫酸和蒸馏水移除并清洗样品架。

用压缩空气吹干样品架。在样品架中放置一张滤纸作为对照，以评估样品架和滤纸带来的液体重量影响。将样品架固定于张力计内的正己烷容器中。

进行吸液测试，并将曲线拟合到Washburn方程。从先前的正己烷测试值中减去平方后的质量增益。根据滤纸和样品 holder 因液体吸收导致的质量增益，校正几何常数。

清洁样品架并插入另一片滤纸。将样品架放入张力计的水容器中。进行吸液测试，并将曲线拟合到Washburn方程。

从上一次水测试值中减去质量增加的平方值，并校正前进接触角。碳纤维织物通过此程序进行评估。在正己烷和水的测试中，吸液曲线均为线性。

利用表观前进接触角和由几何因子确定的数值，可计算毛细管压力。当使用正己烷对处理过和未处理的亚麻织物进行评估时，两种织物均表现出线性的吸液趋势。然而，当使用水进行评估时，未处理的亚麻样品未呈现线性趋势，因而无法确定其前进接触角。

这种差异归因于未处理的纤维在浸润过程中发生溶胀，从而影响了最终的平衡重量和浸润速率。通过采用一种考虑了纤维溶胀的修正Washburn方程，可用来确定未处理亚麻纤维中的毛细压力。观看本视频后，您应能够充分理解如何估算毛细压力，以防止在液体复合材料成型工艺制造的复合材料构件中出现孔隙或干斑缺陷。

一旦掌握，若操作得当，该技术可在30分钟内完成。在实施该程序时，需特别注意纤维的取向。完成此步骤后，可对另一纤维方向进行测试，以进一步探究织物增强材料的自养性与毛细效应自养性之间的相互作用等附加问题。

随着这一发展，该技术为毛细效应表征领域的研究铺平了道路，可用于探究混合复合材料中的毛细压力突变。请注意，使用铬硫酸时可能具有极高危险性，因此在进行该操作时，必须始终采取适当的预防措施，例如确保良好通风、佩戴手套和安全护目镜。