玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料厚度測試方法

魏善芝，蘇 杰

（南京國材檢測有限公司，江蘇 南京 210012）

玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的厚度作為重要結(jié)構(gòu)參數(shù)之一，直接影響材料的絕熱性能和結(jié)構(gòu)強度。準(zhǔn)確測量材料厚度有助于評估其性能，并在設(shè)計和制造過程中進(jìn)行控制和優(yōu)化。然而，由于該材料的特殊性質(zhì)，如脆性和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，以及氣凝膠的多孔性，厚度測試面臨一些挑戰(zhàn)。因此，研究開發(fā)適用于玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料厚度測試的準(zhǔn)確、可靠和簡便的方法具有重要的研究和應(yīng)用價值。文章目的是深入介紹玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料厚度測試的原理和方法，為學(xué)者在實際應(yīng)用中準(zhǔn)確測量材料厚度、評估材料性能和優(yōu)化制造工藝提供支持，從而推動該材料在各個領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

1 玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的應(yīng)用背景

玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料是一種由玻璃纖維增強材料和氣凝膠基質(zhì)組成的復(fù)合材料。該材料結(jié)合了玻璃纖維的高強度和氣凝膠的低密度、低熱導(dǎo)率等特性，具有許多優(yōu)點，因此在各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

（1）航空航天領(lǐng)域：玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用于航天器隔熱保護(hù)系統(tǒng)、熱隔離罩和熱控制設(shè)備等。該領(lǐng)域?qū)Σ牧系馁|(zhì)量和性能要求非常嚴(yán)格，因此需要依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證要求選擇合適的材料，進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)檢和計量測試。

（2）建筑領(lǐng)域：在建筑領(lǐng)域，玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料常被用于低能耗建筑材料和隔熱材料。建筑領(lǐng)域通常需要符合國家和地區(qū)的建筑標(biāo)準(zhǔn)，并且對材料的質(zhì)量和性能有嚴(yán)格的檢驗要求。因此，在應(yīng)用玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料時，需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行認(rèn)證和質(zhì)檢，確保材料符合要求。

（3）能源領(lǐng)域：玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料在能源領(lǐng)域中可用于太陽能電池板隔熱保護(hù)、燃料電池隔熱層和熱傳導(dǎo)降低材料等。能源領(lǐng)域?qū)Σ牧系男阅芎涂煽啃砸筝^高，因此需要進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和認(rèn)證。國際標(biāo)準(zhǔn)組織和行業(yè)組織會制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證要求，以確保玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的質(zhì)量和性能達(dá)到要求。

2 厚度測試對確保材料質(zhì)量和性能的重要性

材料的厚度直接影響其結(jié)構(gòu)強度。在玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料中，玻璃纖維的增強作用在很大程度上依賴于材料的良好結(jié)合和足夠的厚度。確保正確的厚度可以提高材料的抗拉強度、抗壓強度等力學(xué)性能，從而確保材料在使用過程中的結(jié)構(gòu)安全性。其次是絕熱性能，玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料具有優(yōu)異的絕熱性能，可以有效隔離熱傳導(dǎo)和熱輻射。而材料的厚度是影響絕熱性能的關(guān)鍵因素之一，較大的厚度可以提供更大的隔熱空氣層，降低熱傳導(dǎo)和熱輻射，進(jìn)而提高材料的絕熱性能。

3 厚度測試的目標(biāo)和目的

厚度測試的首要目的是準(zhǔn)確確定玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的厚度。通過進(jìn)行測量和記錄厚度值，可以獲得對材料尺寸的準(zhǔn)確描述，為后續(xù)工藝和產(chǎn)品設(shè)計提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。厚度也是衡量材料質(zhì)量的重要參數(shù)之一。通過對材料厚度進(jìn)行測試，可以確保材料的一致性和符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ诓牧虾穸扔兄煌囊螅ㄟ^厚度測試可以評估材料是否滿足特定的質(zhì)量要求。玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的厚度直接關(guān)系到其性能表現(xiàn)，如結(jié)構(gòu)強度、絕熱性能等。通過測試厚度，可以評估材料的性能是否符合預(yù)期，為材料的選用、設(shè)計和工程應(yīng)用提供依據(jù)。

厚度測試在制造工藝中具有重要的控制作用。通過持續(xù)監(jiān)測和測試材料厚度，可以掌握材料制備過程中的變化和波動，并對制造工藝進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以確保產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。厚度測試是品質(zhì)控制和質(zhì)量保證的關(guān)鍵步驟，能夠及時發(fā)現(xiàn)和糾正制造過程中的偏差和缺陷，以提高產(chǎn)品的一致性和質(zhì)量穩(wěn)定性。通過測試厚度，可以確保產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和性能要求。綜上所述，玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料厚度測試的目標(biāo)和目的主要包括確定厚度、評估材料質(zhì)量和性能、控制制造工藝以及品質(zhì)控制和質(zhì)量保證。這些目標(biāo)和目的的實現(xiàn)有助于確保材料的質(zhì)量和性能，并為材料的應(yīng)用和發(fā)展提供基礎(chǔ)和保障。為了達(dá)到這些目標(biāo)和目的，需要依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗和計量，并進(jìn)行質(zhì)檢和認(rèn)證程序，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

4 玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料樣本的特點和制備方法

4.1 樣本的特點

玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料是由輕質(zhì)的氣凝膠基質(zhì)和高強度的玻璃纖維增強材料組成的復(fù)合材料。由于氣凝膠的低密度和玻璃纖維的高比強度，該材料具有較低的密度和重量，使得樣本在應(yīng)用過程中更加輕便和方便；玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料具有較高的抗拉強度和剛度。玻璃纖維增強材料的高強度性質(zhì)賦予了樣本較好的強度和剛度，使其在受力時能夠保持穩(wěn)定和耐用；氣凝膠作為基質(zhì)的玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料具有優(yōu)異的絕熱性能。氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)使得樣本具有較低的熱傳導(dǎo)性能，能夠有效減少熱傳導(dǎo)和熱輻射，提供良好的隔熱效果；玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料具有較高的耐腐蝕性和耐熱性。氣凝膠作為基質(zhì)能夠有效抵御化學(xué)品和濕度的侵蝕，同時具有較高的耐高溫性能，在高溫環(huán)境中保持穩(wěn)定和可靠；玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料樣本的制備可以根據(jù)需求進(jìn)行定制。可以選擇不同類型和比例的玻璃纖維增強材料，調(diào)整氣凝膠基質(zhì)的配方和性質(zhì)，以得到滿足特定需求和要求的樣本。

4.2 厚度測試的步驟

4.2.1 樣本準(zhǔn)備

①確保樣本表面清潔和平整，無明顯的污垢或損傷。②準(zhǔn)備好適合測量的樣本，確保其尺寸適宜，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的厚度測量。

4.2.2 測量位置的選擇

①在樣本上選擇適當(dāng)?shù)臏y量位置，通常在樣本上選擇幾個不同的位置進(jìn)行測量，以獲取更全面的厚度數(shù)據(jù)。②確保選擇的測量位置具有代表性，可以代表整個樣本的厚度情況。

4.2.3 測試儀器的操作

①使用適當(dāng)?shù)暮穸葴y試儀器，如千分尺、顯微鏡、投影儀等，根據(jù)具體需求選擇合適的儀器，以此來保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。②根據(jù)儀器的使用說明，進(jìn)行儀器的校準(zhǔn)和準(zhǔn)備工作，確保測量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。③將儀器置于樣本表面，確保與樣本接觸良好，并進(jìn)行相應(yīng)的測量操作。④在每個測量位置上進(jìn)行多次測量，取平均值以提高結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少誤差。

4.2.4 數(shù)據(jù)記錄和分析

①將每次測量的結(jié)果記錄下來，包括測量位置和對應(yīng)的厚度數(shù)值。②對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差等統(tǒng)計指標(biāo)，以評估樣本的厚度一致性和穩(wěn)定性。

4.2.5 結(jié)果驗證

①將測得的厚度結(jié)果與設(shè)計要求或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，判斷樣本是否符合要求。②如有必要，可以進(jìn)行多次測試或?qū)ζ渌麡颖具M(jìn)行測試，以驗證結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性。

5 厚度測試方法選擇

5.1 機械測試

在選擇厚度測試方法時，機械測試是常用的一種方法之一。機械測試可以通過施加力或壓縮樣品來測量厚度，常用的機械測試儀器包括測厚儀、千分尺和壓痕儀等。機械測試的優(yōu)點包括準(zhǔn)確性、精度和適用性等。機械測試通?？梢蕴峁┹^準(zhǔn)確的厚度測量結(jié)果，特別適用于較大厚度范圍的材料；機械測試儀器具有較高的精度，可以測量細(xì)小的厚度變化；機械測試方法適用于不同類型的材料，包括固體、涂層和薄膜等，適用于不同形狀的樣品，如平面和曲面。然而，機械測試也具有一些缺點。破壞性，機械測試通常需要施加力或壓縮樣品，可能導(dǎo)致樣品的損壞或破裂。對于某些特殊材料或需要保持完整性的樣品，機械測試可能不適用；機械測試通常需要較長的測試時間和操作人力，特別是在大規(guī)模的測試中。因此，當(dāng)選擇機械測試方法時，需要綜合考慮材料特性、測量精度要求、測試的破壞性和時間成本等因素。在實際操作中，可以結(jié)合具體的樣品和測試需求，綜合評估選擇合適的機械測試方法和儀器。

5.2 非接觸式測試

5.2.1 激光掃描顯微鏡

激光掃描顯微鏡是一種非接觸式的測試方法，通過掃描激光束在樣品表面的反射來獲取厚度信息。這種方法適用于平面和光滑的樣品，并且可以提供較高的測量精度。使用激光掃描顯微鏡進(jìn)行厚度測量具有高精度和非破壞性的優(yōu)勢，適用于對材料完整性要求較高的場景。然而，需要注意的是，激光掃描顯微鏡的適用范圍可能受到樣品的表面特性和形貌限制。因此，在進(jìn)行測試之前，確保樣品表面平整、干凈，并根據(jù)設(shè)備的操作手冊和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，以獲得準(zhǔn)確可靠的厚度測量結(jié)果。

5.2.2 超聲波測量

使用超聲波測量儀器，如超聲波厚度計，可以通過發(fā)射超聲波到樣品表面并測量其回波時間或幅值變化來得到樣品的厚度數(shù)據(jù)。這種方法通常適用于均勻和連續(xù)性較好的材料。超聲波測量利用超聲波的傳播速度來測量材料的厚度。但需要注意的是，超聲波測量可能受到材料吸聲性質(zhì)、表面特性和形貌限制。在進(jìn)行測試之前，要確保樣品表面光滑、干凈，并且根據(jù)設(shè)備的操作手冊和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，以獲得準(zhǔn)確可靠的厚度測量結(jié)果。總而言之，超聲波測量是一種可靠且準(zhǔn)確的非接觸式厚度測試方法，適用于玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料樣品。

5.2.3 光學(xué)影像方法

光學(xué)影像方法是一種常用的非接觸式厚度測試方法，適用于玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的厚度測量。下面是關(guān)于光學(xué)影像方法的進(jìn)一步介紹。光學(xué)影像方法基于光學(xué)顯微鏡或高分辨率相機，通過采集樣品表面的影像，結(jié)合圖像分析技術(shù)進(jìn)行厚度測量。以下是使用光學(xué)影像方法進(jìn)行厚度測量的一般步驟。第一，準(zhǔn)備樣品。確保玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料樣品的表面清潔、干燥和平整。第二，拍攝影像。將樣品放置在光學(xué)顯微鏡或高分辨率相機下，通過合適的光源照射，獲取樣品表面的影像?？梢哉{(diào)整光源和鏡頭的參數(shù)以獲得清晰的圖像。第三，圖像處理與分析。使用圖像處理軟件或?qū)ｉT的圖像分析工具，對拍攝的影像進(jìn)行處理和分析。通過邊緣檢測、閾值處理等圖像處理技術(shù)，識別出樣品表面和背景的界面，進(jìn)而測量樣品的厚度。第四，校準(zhǔn)與測量。在進(jìn)行測量之前，需要進(jìn)行校準(zhǔn)。即將圖像像素與已知標(biāo)準(zhǔn)或參考測量進(jìn)行對比，以建立一個像素與實際長度之間的關(guān)系。然后，選擇合適的測量工具來測量樣品的厚度。第五，分析和記錄測量結(jié)果。根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析，計算出玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的厚度，并將測量結(jié)果記錄下來。在進(jìn)行光學(xué)影像方法的厚度測量時，需要對圖像分析工具的使用技巧有一定的了解，以確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，并充分發(fā)揮測量方式的優(yōu)點。

6 結(jié)語

針對玻璃纖維增強氣凝膠復(fù)合材料的厚度測試，可以選擇多種測試方法。非接觸式測試方法常用于測量這類復(fù)合材料的厚度，以降低對樣品物理性質(zhì)的影響。一些常見的非接觸式測試方法包括激光掃描顯微鏡、非接觸光學(xué)傳感器和超聲波測量。激光掃描顯微鏡可以提供較高的測量精度，適用于平面和光滑的樣品。非接觸式光學(xué)傳感器可以提供快速準(zhǔn)確的厚度測量，適用于不同類型的樣品。超聲波測量則適用于均勻和連續(xù)的樣品。機械測試作為另一種選擇，可以提供準(zhǔn)確性、精度和適用性。然而，機械測試可能具有破壞性、時間和人力成本較高的缺點，同時還可能受樣品表面特性的影響。在選擇合適的厚度測試方法時，需要綜合考慮材料特性、測量精度要求、實驗設(shè)備可用性和實際操作情況。遵循相關(guān)的操作手冊和標(biāo)準(zhǔn)操作程序是確保測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要步驟。同時，質(zhì)檢和認(rèn)證也起到關(guān)鍵作用，確保測試方法、設(shè)備和操作符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求，從而提供可信賴的測試結(jié)果。