采用納米壓痕和峰值力納米力學(xué)模量成像技術(shù)（PF-QNM）對(duì)碳纖維/聚醚醚酮（T300/PEEK）復(fù)合材料各組分原位力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)及性能定量表征。結(jié)果表明,樹脂基體、界面、碳纖維區(qū)域的彈性模量和硬度均呈梯度上升趨勢(shì),且纖維和樹脂復(fù)合后的原位彈性模量與其非在位性能相比,分別下降和上升,說明高模量的纖維對(duì)周圍樹脂起到一定的強(qiáng)化作用。兩種方法測(cè)得樹脂基體平均彈性模量分別為5.4、4.1 GPa,測(cè)試結(jié)果分散度較小,與其宏觀模量數(shù)值較為接近;研究顯示,PF-QNM技術(shù)具有納米級(jí)橫向分辨率,測(cè)得T300/PEEK的界面厚度為（73.5±3.8）nm。 

【文章來源】：塑料工業(yè). 2017年08期 第66-70+75頁 北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

峰值力定量納米力學(xué)成像技術(shù)示意圖

瘟浚?磀－d0為樣品變形量。樣品表面各點(diǎn)的彈性模量E可根據(jù)公式(3)和(4)進(jìn)行擬合求解。實(shí)驗(yàn)采用MPP-13100－10型探針(美國Bruker公司)進(jìn)行PF-QNM納米力學(xué)成像測(cè)試，該探針的懸臂名義彈性常數(shù)200N/m，針尖曲率半徑8nm。測(cè)試前，使用藍(lán)寶石標(biāo)樣對(duì)探針偏轉(zhuǎn)系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，可確定其偏轉(zhuǎn)系數(shù)為73.2nm/V。測(cè)試復(fù)合材料樣品時(shí)，掃描頻率為0.8Hz，為得到各組分和界面相的性能信息，并保證測(cè)試的橫向分辨率，本文對(duì)復(fù)合材料橫截面進(jìn)行不同尺度下512×512個(gè)像素點(diǎn)的納米力學(xué)成像測(cè)試。2結(jié)果與討論2.1納米壓痕測(cè)試結(jié)果圖2納米壓痕點(diǎn)分布圖Fig2Imageofnano-indentationpoints實(shí)驗(yàn)對(duì)跨一根纖維截面進(jìn)行排點(diǎn)式連續(xù)壓痕，得到由樹脂過渡到碳纖維的各相力學(xué)性能，設(shè)計(jì)測(cè)試7個(gè)壓痕點(diǎn)，如圖2所示。由圖3給出的不同壓痕點(diǎn)的彈性模量和硬度可見，它們的相關(guān)度很高，從樹脂基體經(jīng)過界面區(qū)到碳纖維，彈性模量和硬度的變化規(guī)律一致。對(duì)照?qǐng)D2中壓痕點(diǎn)的位置發(fā)現(xiàn)，壓痕點(diǎn)1、2位于PEEK樹脂區(qū)域，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出良好的一致性，彈性模量約為5.4GPa，硬度約為0.17GPa;壓痕點(diǎn)3、7位于纖維和樹脂的界面區(qū)域，彈性模量約為23.6GPa，硬度約為3.2GPa;壓痕點(diǎn)4、5、6位于碳纖維區(qū)域，碳纖維彈性模量為42.1～50.8GPa，硬度為6.9～8.8GPa。圖3不同壓痕點(diǎn)彈性模量和硬度平均值分布圖Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations對(duì)比測(cè)得的復(fù)合材料各組分原位力學(xué)性能與其復(fù)合前非在位性能，復(fù)合后PEEK樹脂彈性模量有所上升，平均值由復(fù)合前非在位的3.8GPa［12］變?yōu)閺?fù)合后的5.4GPa;而碳纖維彈性模量則有所下降，由復(fù)合前非在位的55GPa［13］到復(fù)合后的原位壓痕平均值45.8GPa，說明該兩相復(fù)合材料的原位力學(xué)

懸臂名義彈性常數(shù)200N/m，針尖曲率半徑8nm。測(cè)試前，使用藍(lán)寶石標(biāo)樣對(duì)探針偏轉(zhuǎn)系數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，可確定其偏轉(zhuǎn)系數(shù)為73.2nm/V。測(cè)試復(fù)合材料樣品時(shí)，掃描頻率為0.8Hz，為得到各組分和界面相的性能信息，并保證測(cè)試的橫向分辨率，本文對(duì)復(fù)合材料橫截面進(jìn)行不同尺度下512×512個(gè)像素點(diǎn)的納米力學(xué)成像測(cè)試。2結(jié)果與討論2.1納米壓痕測(cè)試結(jié)果圖2納米壓痕點(diǎn)分布圖Fig2Imageofnano-indentationpoints實(shí)驗(yàn)對(duì)跨一根纖維截面進(jìn)行排點(diǎn)式連續(xù)壓痕，得到由樹脂過渡到碳纖維的各相力學(xué)性能，設(shè)計(jì)測(cè)試7個(gè)壓痕點(diǎn)，如圖2所示。由圖3給出的不同壓痕點(diǎn)的彈性模量和硬度可見，它們的相關(guān)度很高，從樹脂基體經(jīng)過界面區(qū)到碳纖維，彈性模量和硬度的變化規(guī)律一致。對(duì)照?qǐng)D2中壓痕點(diǎn)的位置發(fā)現(xiàn)，壓痕點(diǎn)1、2位于PEEK樹脂區(qū)域，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示出良好的一致性，彈性模量約為5.4GPa，硬度約為0.17GPa;壓痕點(diǎn)3、7位于纖維和樹脂的界面區(qū)域，彈性模量約為23.6GPa，硬度約為3.2GPa;壓痕點(diǎn)4、5、6位于碳纖維區(qū)域，碳纖維彈性模量為42.1～50.8GPa，硬度為6.9～8.8GPa。圖3不同壓痕點(diǎn)彈性模量和硬度平均值分布圖Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations對(duì)比測(cè)得的復(fù)合材料各組分原位力學(xué)性能與其復(fù)合前非在位性能，復(fù)合后PEEK樹脂彈性模量有所上升，平均值由復(fù)合前非在位的3.8GPa［12］變?yōu)閺?fù)合后的5.4GPa;而碳纖維彈性模量則有所下降，由復(fù)合前非在位的55GPa［13］到復(fù)合后的原位壓痕平均值45.8GPa，說明該兩相復(fù)合材料的原位力學(xué)性能與其非在位性能有明顯差異。如圖2所示，壓痕點(diǎn)的位置不同，測(cè)得的彈性模量也不同:距離碳纖維最遠(yuǎn)處，位于樹脂區(qū)域的1、2壓痕點(diǎn)彈性模量最低;位于碳纖維區(qū)域的4、5、6壓痕點(diǎn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于峰值力納米力學(xué)模量成像技術(shù)的碳纖維/樹脂復(fù)合材料界面尺寸與性能的原位表征[J]. 牛一凡,楊贏,孟積興.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]基于納米壓痕技術(shù)的碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料各組分原位力學(xué)性能測(cè)試[J]. 高雪玉,楊慶生,劉志遠(yuǎn),高雪嬌.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2012(05)
[3]碳纖維復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)的形貌與尺寸的表征[J]. 易楠,顧軼卓,李敏,張佐光.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2010(05)
[4]纖維束分布對(duì)復(fù)合材料有效性能的影響[J]. 譚祥軍,楊慶生.  復(fù)合材料學(xué)報(bào). 2009(03)
[5]增強(qiáng)相分布方式對(duì)復(fù)合材料有效力學(xué)性能的影響[J]. 譚祥軍,楊慶生.  宇航材料工藝. 2008(01)



本文編號(hào)：2902044