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(qiáng)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(qiáng)度。準(zhǔn)確測量材料厚度有助于評(píng)估其性能，并在設(shè)計(jì)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(qiáng)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(jià)值。文章目的是深入介紹玻璃纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料厚度測試的原理和方法，為學(xué)者在實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確測量材料厚度、評(píng)估材料性能和優(yōu)化制造工藝提供支持，從而推動(dòng)該材料在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。

1 玻璃纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料的應(yīng)用背景

玻璃纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料是一種由玻璃纖維增強(qiáng)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(qiáng)度和氣凝膠的低密度、低熱導(dǎo)率等特性，具有許多優(yōu)點(diǎn)，因此在各個(gè)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(qiáng)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(jì)量測試。

（2）建筑領(lǐng)域：在建筑領(lǐng)域，玻璃纖維增強(qiáng)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(duì)材料的質(zhì)量和性能有嚴(yán)格的檢驗(yàn)要求。因此，在應(yīng)用玻璃纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料時(shí)，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(qiáng)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(huì)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(qiáng)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(duì)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(qiáng)度。在玻璃纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料中，玻璃纖維的增強(qiáng)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(qiáng)度、抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)材料尺寸的準(zhǔn)確描述，為后續(xù)工藝和產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(duì)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?，通過厚度測試可以評(píng)估材料是否滿足特定的質(zhì)量要求。玻璃纖維增強(qiáng)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(qiáng)度、絕熱性能等。通過測試厚度，可以評(píng)估材料的性能是否符合預(yù)期，為材料的選用、設(shè)計(jì)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(dòng)，并對(duì)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(shí)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(qiáng)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(píng)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(shí)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(yàn)和計(jì)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(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料樣本的特點(diǎn)和制備方法

4.1 樣本的特點(diǎn)

玻璃纖維增強(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料是由輕質(zhì)的氣凝膠基質(zhì)和高強(qiáng)度的玻璃纖維增強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)氣凝膠復(fù)合材料具有較高的抗拉強(qiáng)度和剛度。玻璃纖維增強(qiáng)材料的高強(qiáng)度性質(zhì)賦予了樣本較好的強(qiáng)度和剛度，使其在受力時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(gè)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(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)的厚度數(shù)值。②對(duì)測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，以評(píng)估樣本的厚度一致性和穩(wěn)定性。

4.2.5 結(jié)果驗(yàn)證

①將測得的厚度結(jié)果與設(shè)計(jì)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(yàn)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(jī)械測試

在選擇厚度測試方法時(shí)，機(jī)械測試是常用的一種方法之一。機(jī)械測試可以通過施加力或壓縮樣品來測量厚度，常用的機(jī)械測試儀器包括測厚儀、千分尺和壓痕儀等。機(jī)械測試的優(yōu)點(diǎn)包括準(zhǔn)確性、精度和適用性等。機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)械測試也具有一些缺點(diǎn)。破壞性，機(jī)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(duì)于某些特殊材料或需要保持完整性的樣品，機(jī)械測試可能不適用；機(jī)械測試通常需要較長的測試時(shí)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(jī)械測試方法時(shí)，需要綜合考慮材料特性、測量精度要求、測試的破壞性和時(shí)間成本等因素。在實(shí)際操作中，可以結(jié)合具體的樣品和測試需求，綜合評(píng)估選擇合適的機(jī)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(duì)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(cè)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(jì)，可以通過發(fā)射超聲波到樣品表面并測量其回波時(shí)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(cè)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?？偠灾?，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(qiáng)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(qiáng)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(jī)，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(qiáng)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(jī)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(duì)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(shí)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(duì)比，以建立一個(gè)像素與實(shí)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(jì)算出玻璃纖維增強(qiáng)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(shí)，需要對(duì)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(diǎn)。

6 結(jié)語

針對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)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(duì)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(jī)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(jī)械測試可能具有破壞性、時(shí)間和人力成本較高的缺點(diǎn)，同時(shí)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(shí)，需要綜合考慮材料特性、測量精度要求、實(shí)驗(yàn)設(shè)備可用性和實(shí)際操作情況。遵循相關(guān)的操作手冊(cè)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(shí)，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。