檢測(cè)樣品：碳纖維粘接樹脂微球

檢測(cè)項(xiàng)目：碳纖維與樹脂的界面剪切強(qiáng)度

應(yīng)用領(lǐng)域：纖維復(fù)合材料等

方案摘要

纖維復(fù)合材料在很多領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，如：航空航天、汽車工業(yè)、機(jī)械制造等。纖維復(fù)合材料的界面力學(xué)性能直接影響加工效果和復(fù)合材料的性能等。測(cè)量纖維與樹脂的界面剪切強(qiáng)度，能夠直觀的評(píng)價(jià)復(fù)合材料的粘接強(qiáng)度和力學(xué)性能。

應(yīng)用德國DataPhysics 公司生產(chǎn)的DCAT25纖維微滴脫粘測(cè)量儀（圖1）能夠準(zhǔn)確的測(cè)量單絲纖維與樹脂的脫粘力，同時(shí)，DCAT25還可以表征纖維與樹脂的其它界面參數(shù)，如：纖維與熔融樹脂的接觸角、纖維的表面自由能等。因此，DCAT25是一臺(tái)適用于復(fù)合材料界面表征的綜合性儀器，對(duì)幾乎所有類型的纖維（玻璃纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、玄武巖纖維，以及天然纖維竹、棉、麻等）測(cè)量均適用。

本文介紹了一種碳纖維和樹脂的微滴脫粘力測(cè)量。

（圖1）DCAT 25纖維微滴脫粘測(cè)量儀

測(cè)量原理

DCAT 25微滴脫粘測(cè)量儀主要由一個(gè)高精密的測(cè)力傳感器和專用的MDD微滴脫粘測(cè)量模塊組成，配合視頻系統(tǒng)同步測(cè)量。最大力可達(dá)2000mN，每秒可以測(cè)量100個(gè)力的數(shù)據(jù)。全程自動(dòng)化測(cè)量，最終得到微滴脫粘的最大力的數(shù)值、測(cè)量過程力的變化曲線和拉托過程的同步記錄視頻。

MDD微滴脫粘測(cè)量模塊可精密微調(diào)阻擋微滴的狹縫寬度，當(dāng)單纖維從狹縫通過時(shí)，微球會(huì)被阻擋，施加于微滴上的力以及位置信息的變化會(huì)被DCAT25的測(cè)力傳感器記錄下來，直到微滴脫離。單絲纖維樣品會(huì)被固定在專用的纖維夾具中，完成整個(gè)測(cè)試過程。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)量了4個(gè)碳纖維和樹脂微球的界面剪切強(qiáng)度，下方僅列舉部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。

將帶有微球的纖維裝在專用的樣品夾具上，并放置在預(yù)先裝配到DCAT25的MDD模塊上，采用DCATS系列軟件控制儀器樣品臺(tái)自動(dòng)移動(dòng)，并控制視頻系統(tǒng)開始錄像，同時(shí)儀器的測(cè)力傳感器開始工作，儀器即可完成全自動(dòng)測(cè)量過程，儀器的多種參數(shù)都是可以根據(jù)不同纖維和微球的情況進(jìn)行編輯和設(shè)置。只需按開始鍵，力及樣品臺(tái)位置傳感器就開始記錄數(shù)據(jù)并顯示在軟件中，一次完整測(cè)量的力的變化的結(jié)果圖便可得到（如圖2）。

除此之外，軟件還可根據(jù)需要設(shè)置實(shí)驗(yàn)停止條件，例如微滴脫離后繼續(xù)運(yùn)行一定距離以此來檢測(cè)滑動(dòng)摩擦力；軟件還可以測(cè)量微滴包埋長度（圖3）、原始數(shù)據(jù)輸出、報(bào)告打印等功能。

（圖2）樣品整個(gè)測(cè)試過程中測(cè)量傳感器檢測(cè)到的質(zhì)量隨樣品臺(tái)位置的變化圖

（圖3）微滴包埋長度

測(cè)量分別得到四個(gè)樣品的質(zhì)量數(shù)值（單位g）和微球包埋長度（單位μm），將質(zhì)量數(shù)值轉(zhuǎn)化為力（單位為mN），四個(gè)纖維微球的脫粘力與微滴包埋長度的測(cè)量結(jié)果見下表：

纖維的微滴脫粘力與包埋直徑的關(guān)系見下圖（圖4）

（圖4） 纖維的微滴脫粘力與包埋直徑的關(guān)系

結(jié)論

（1）針對(duì)同種纖維和樹脂，微滴脫粘力與微滴包埋直徑正相關(guān)。

（2）從樣品1、2可以看到，對(duì)于包埋長度接近的情況下，DCAT 25表現(xiàn)出好的數(shù)據(jù)重復(fù)性。

DCAT 25微滴脫粘測(cè)量儀對(duì)于解決纖維復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度的測(cè)量問題非常有效，具有操作簡便，全自動(dòng)，測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，重復(fù)性好等特點(diǎn)。同時(shí)，作為一款綜合性的表面/界面表征儀器，DCAT25還可以測(cè)量熔融樹脂的表面/界面張力、纖維與樹脂的動(dòng)態(tài)接觸角、纖維的表面自由能等，是解決纖維復(fù)合材料的界面表征的重要儀器。

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