01.02.2018
Ermittlung der Benetzbarkeit von Carbonfasergarnen anhand von Einzelfaser-Kontaktwinkeldaten
Jian Wang, School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, PR China
Si Qiu, Department of Materials Engineering, KU Leuven, Belgium
Xungai Wang, Institute for Frontier Materials and ARC Future Fibres
Die physikalische Adhäsion zwischen Carbonfasern (CF) und Polymermatrizen sowie die Bildung von Einschlüssen an der Grenzfläche zwischen diesen beiden Materialien wird in der Regel durch die Benetzungseigenschaften der Fasern bestimmt. Wegen der hierarchischen Struktur der CF-Verstärkungen ist es von entscheidender Bedeutung, ihr Benetzungsverhalten auf unterschiedlichen Skalen zu untersuchen: von der einzelnen Faser (Mikroskala) über das Garn (Mesoskala) hin zum Gewebe (Makroskala).
Während die direkte Messung des Kontaktwinkels einer einzelnen CF mit tensiometrischen Verfahren sich lange bewährt hat, wird die direkte Messung der Benetzbarkeit von CF-Garnen durch deren poröse Struktur erschwert, die sich durch Phänomene der Verdichtung und der Flüssigkeitsaufnahme ergibt. Eine genaue Charakterisierung ihrer Benetzbarkeit ist deshalb immer noch mit großen Herausforderungen verbunden.
In diesem Applikationsbericht stellen wir eine Methode zur Bestimmung der Benetzbarkeit von CF-Garnen auf Grundlage von Kontaktwinkelmessungen an Einzelfasern vor. Dazu haben wir eine kombinierte und synchronisierte Analyse von tensiometrisch und optisch ermittelten Kontaktwinkeln durchgeführt. Die Benetzbarkeit von einzelnen CF und von geschlichteten und ungeschlichteten CF-Garnen, wurde mit Hilfe eines Force Tensiometer - K100SF und mit optischen Mitteln gemessen. Über ein modifiziertes Cassie-Baxter-Modell konnten dann die Kontaktwinkel auf Meso- und Mikroskalen erfolgreich miteinander verknüpft werden.