發(fā)布時間：2020-12-06 21:18

　　采用納米壓痕和峰值力納米力學模量成像技術(shù)（PF-QNM）對碳纖維/聚醚醚酮（T300/PEEK）復合材料各組分原位力學性能進行測試,并對復合材料界面結(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,且纖維和樹脂復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周圍樹脂起到一定的強化作用。兩種方法測得樹脂基體平均彈性模量分別為5.4、4.1 GPa,測試結(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)具有納米級橫向分辨率,測得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成像技術(shù)示意圖

瘟浚?磀－d0為樣品變形量。樣品表面各點的彈性模量E可根據(jù)公式(3)和(4)進行擬合求解。實驗采用MPP-13100－10型探針(美國Bruker公司)進行PF-QNM納米力學成像測試，該探針的懸臂名義彈性常數(shù)200N/m，針尖曲率半徑8nm。測試前，使用藍寶石標樣對探針偏轉(zhuǎn)系數(shù)進行校準，可確定其偏轉(zhuǎn)系數(shù)為73.2nm/V。測試復合材料樣品時，掃描頻率為0.8Hz，為得到各組分和界面相的性能信息，并保證測試的橫向分辨率，本文對復合材料橫截面進行不同尺度下512×512個像素點的納米力學成像測試。2結(jié)果與討論2.1納米壓痕測試結(jié)果圖2納米壓痕點分布圖Fig2Imageofnano-indentationpoints實驗對跨一根纖維截面進行排點式連續(xù)壓痕，得到由樹脂過渡到碳纖維的各相力學性能，設計測試7個壓痕點，如圖2所示。由圖3給出的不同壓痕點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。對照圖2中壓痕點的位置發(fā)現(xiàn)，壓痕點1、2位于PEEK樹脂區(qū)域，實驗結(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不同壓痕點彈性模量和硬度平均值分布圖Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations對比測得的復合材料各組分原位力學性能與其復合前非在位性能，復合后PEEK樹脂彈性模量有所上升，平均值由復合前非在位的3.8GPa［12］變?yōu)閺秃虾蟮?.4GPa;而碳纖維彈性模量則有所下降，由復合前非在位的55GPa［13］到復合后的原位壓痕平均值45.8GPa，說明該兩相復合材料的原位力學

懸臂名義彈性常數(shù)200N/m，針尖曲率半徑8nm。測試前，使用藍寶石標樣對探針偏轉(zhuǎn)系數(shù)進行校準，可確定其偏轉(zhuǎn)系數(shù)為73.2nm/V。測試復合材料樣品時，掃描頻率為0.8Hz，為得到各組分和界面相的性能信息，并保證測試的橫向分辨率，本文對復合材料橫截面進行不同尺度下512×512個像素點的納米力學成像測試。2結(jié)果與討論2.1納米壓痕測試結(jié)果圖2納米壓痕點分布圖Fig2Imageofnano-indentationpoints實驗對跨一根纖維截面進行排點式連續(xù)壓痕，得到由樹脂過渡到碳纖維的各相力學性能，設計測試7個壓痕點，如圖2所示。由圖3給出的不同壓痕點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。對照圖2中壓痕點的位置發(fā)現(xiàn)，壓痕點1、2位于PEEK樹脂區(qū)域，實驗結(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不同壓痕點彈性模量和硬度平均值分布圖Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations對比測得的復合材料各組分原位力學性能與其復合前非在位性能，復合后PEEK樹脂彈性模量有所上升，平均值由復合前非在位的3.8GPa［12］變?yōu)閺秃虾蟮?.4GPa;而碳纖維彈性模量則有所下降，由復合前非在位的55GPa［13］到復合后的原位壓痕平均值45.8GPa，說明該兩相復合材料的原位力學性能與其非在位性能有明顯差異。如圖2所示，壓痕點的位置不同，測得的彈性模量也不同:距離碳纖維最遠處，位于樹脂區(qū)域的1、2壓痕點彈性模量最低;位于碳纖維區(qū)域的4、5、6壓痕點

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



本文編號：2902044