检测样品：碳纤维粘接树脂微球

检测项目：碳纤维与树脂的界面剪切强度

应用领域：纤维复合材料等

方案摘要

纤维复合材料在很多领域已被广泛应用，如：航空航天、汽车工业、机械制造等。纤维复合材料的界面力学性能直接影响加工效果和复合材料的性能等。测量纤维与树脂的界面剪切强度，能够直观的评价复合材料的粘接强度和力学性能。

应用德国DataPhysics 公司生产的DCAT25纤维微滴脱粘测量仪（图1）能够准确的测量单丝纤维与树脂的脱粘力，同时，DCAT25还可以表征纤维与树脂的其它界面参数，如：纤维与熔融树脂的接触角、纤维的表面自由能等。因此，DCAT25是一台适用于复合材料界面表征的综合性仪器，对几乎所有类型的纤维（玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、芳族聚酰胺纤维、玄武岩纤维，以及天然纤维竹、棉、麻等）测量均适用。

本文介绍了一种碳纤维和树脂的微滴脱粘力测量。

（图1）DCAT 25纤维微滴脱粘测量仪

测量原理

DCAT 25微滴脱粘测量仪主要由一个高精密的测力传感器和专用的MDD微滴脱粘测量模块组成，配合视频系统同步测量。最大力可达2000mN，每秒可以测量100个力的数据。全程自动化测量，最终得到微滴脱粘的最大力的数值、测量过程力的变化曲线和拉托过程的同步记录视频。

MDD微滴脱粘测量模块可精密微调阻挡微滴的狭缝宽度，当单纤维从狭缝通过时，微球会被阻挡，施加于微滴上的力以及位置信息的变化会被DCAT25的测力传感器记录下来，直到微滴脱离。单丝纤维样品会被固定在专用的纤维夹具中，完成整个测试过程。

实验结果

本次实验测量了4个碳纤维和树脂微球的界面剪切强度，下方仅列举部分实验数据进行展示。

将带有微球的纤维装在专用的样品夹具上，并放置在预先装配到DCAT25的MDD模块上，采用DCATS系列软件控制仪器样品台自动移动，并控制视频系统开始录像，同时仪器的测力传感器开始工作，仪器即可完成全自动测量过程，仪器的多种参数都是可以根据不同纤维和微球的情况进行编辑和设置。只需按开始键，力及样品台位置传感器就开始记录数据并显示在软件中，一次完整测量的力的变化的结果图便可得到（如图2）。

除此之外，软件还可根据需要设置实验停止条件，例如微滴脱离后继续运行一定距离以此来检测滑动摩擦力；软件还可以测量微滴包埋长度（图3）、原始数据输出、报告打印等功能。

（图2）样品整个测试过程中测量传感器检测到的质量随样品台位置的变化图

（图3）微滴包埋长度

测量分别得到四个样品的质量数值（单位g）和微球包埋长度（单位μm），将质量数值转化为力（单位为mN），四个纤维微球的脱粘力与微滴包埋长度的测量结果见下表：

纤维的微滴脱粘力与包埋直径的关系见下图（图4）

（图4） 纤维的微滴脱粘力与包埋直径的关系

结论

（1）针对同种纤维和树脂，微滴脱粘力与微滴包埋直径正相关。

（2）从样品1、2可以看到，对于包埋长度接近的情况下，DCAT 25表现出好的数据重复性。

DCAT 25微滴脱粘测量仪对于解决纤维复合材料界面剪切强度的测量问题非常有效，具有操作简便，全自动，测量数据准确，重复性好等特点。同时，作为一款综合性的表面/界面表征仪器，DCAT25还可以测量熔融树脂的表面/界面张力、纤维与树脂的动态接触角、纤维的表面自由能等，是解决纤维复合材料的界面表征的重要仪器。

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