微球脱粘测试实验设备研究

微球脱粘实验是研究复合材料界面强度的一种先进技术。根据微球脱粘测试实验的要求,研制了微球脱粘测试仪;论述了仪器的总体设计方法、微球脱粘方案、人机交互界面等。该设备成功表征了复合材料界面性能,对于复合材料两相间界面粘结状况、界面设计的研究是一种十分有效的测试手段。

拉伸速率对炭纤维/尼龙6微复合材料微观力学行为的影响

采用微球脱粘实验法研究了炭纤维/尼龙6微复合材料的界面微观力学性能,考察了不同的拉伸速率对界面微观力学行为的影响。结果显示:在拉伸速率为3.5,4,4.5mm/min,纤维在树脂基体中的包埋长度le<140μm时,树脂微球从纤维上脱粘时的力值Fmax与包埋长度le保持着良好的线性关系;当拉伸速率为5mm/min,包埋长度le>70μm时,纤维就断裂了,试样失效。

碳纤维表面处理对碳纤维/聚丙烯复合材料界面结合性能的影响

研究了电化学氧化、环氧上浆处理对碳纤维/聚丙烯(CF/PP)复合材料界面结合性能的影响,首先通过AFM、XPS等测试不同碳纤维的表面形貌和化学性质,然后借助微球脱粘实验考察对比不同CF/PP的界面剪切强度(IFSS)。结果显示高温碳化后的碳纤维表面呈惰性,复合材料IFSS仅有3.76 MPa;经过电化学氧化处理,表面粗糙度增大,羟基和羧基基团增多,IFSS增加到4.85 MPa;上浆处理后,表面引入活性的环氧基团,IFSS进一步增加到5.51 MPa,同时界面均匀性也有所改善。根据结果分析,碳纤维表面性质改变引起的界面区域机械锁合、范德华力以及分子链缠结作用增加是界面性能提升的主要原因。但与相容剂相比,传统碳纤维表面处理对CF/PP界面改善效果相对较弱,开发更加有效的改性方法十分必要。

固化剂体系均质化对EP/GF复合材料界面性能的影响

采用自制溶剂对以双氰胺+聚脲为固化体系的环氧树脂(EP)进行了均质化处理,采用微球脱粘法对均质化前后树脂浸渍高强玻璃纤维(GF)形成的微球形态、界面剪切强度等进行了表征。研究表明均质化后树脂微球微观尺度上的均匀性明显提高。均质化前的树脂微球直径与界面剪切强度呈线性关系,且平均强度较低。均质化后的树脂微球直径与界面剪切强度无相关性,平均强度比均质化前提高了39%,复合材料性能离散系数减小了50%以上,稳定性明显提升。

尼龙6/碳纤维微复合材料的界面微观力学

选用微球脱黏实验,在其基础上改进了制样方法,并分析了界面参数对界面微观力学性能的影响.结果显示,树脂微球脱黏时的力值Fmax随着纤维在树脂基体中的包埋长度le增大而以斜率k的趋势线性增大,截距为b;界面剪切强度τIF与le呈双曲线函数关系,随着le增大而增大,并最终趋向于一个极限值k′.此外,还讨论了不同的界面参数,如函数Fmax(le)的斜率k,截距b值,对函数Fmax(le)和τIF(le)的曲线分布的影响,以及试样形貌对实验数据分散性的影响。