檢測樣品：碳纖維粘接樹脂微球

檢測項目：碳纖維與樹脂的界面剪切強度

應用領域：纖維復合材料等

方案摘要

纖維復合材料在很多領域已被廣泛應用，如：航空航天、汽車工業、機械制造等。纖維復合材料的界面力學性能直接影響加工效果和復合材料的性能等。測量纖維與樹脂的界面剪切強度，能夠直觀的評價復合材料的粘接強度和力學性能。

應用德國DataPhysics 公司生產的DCAT25纖維微滴脫粘測量儀（圖1）能夠準確的測量單絲纖維與樹脂的脫粘力，同時，DCAT25還可以表征纖維與樹脂的其它界面參數，如：纖維與熔融樹脂的接觸角、纖維的表面自由能等。因此，DCAT25是一臺適用于復合材料界面表征的綜合性儀器，對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）測量均適用。

本文介紹了一種碳纖維和樹脂的微滴脫粘力測量。

（圖1）DCAT 25纖維微滴脫粘測量儀

測量原理

DCAT 25微滴脫粘測量儀主要由一個高精密的測力傳感器和專用的MDD微滴脫粘測量模塊組成，配合視頻系統同步測量。最大力可達2000mN，每秒可以測量100個力的數據。全程自動化測量，最終得到微滴脫粘的最大力的數值、測量過程力的變化曲線和拉托過程的同步記錄視頻。

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

實驗結果

本次實驗測量了4個碳纖維和樹脂微球的界面剪切強度，下方僅列舉部分實驗數據進行展示。

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

除此之外，軟件還可根據需要設置實驗停止條件，例如微滴脫離后繼續運行一定距離以此來檢測滑動摩擦力；軟件還可以測量微滴包埋長度（圖3）、原始數據輸出、報告打印等功能。

（圖2）樣品整個測試過程中測量傳感器檢測到的質量隨樣品臺位置的變化圖

（圖3）微滴包埋長度

測量分別得到四個樣品的質量數值（單位g）和微球包埋長度（單位μm），將質量數值轉化為力（單位為mN），四個纖維微球的脫粘力與微滴包埋長度的測量結果見下表：

纖維的微滴脫粘力與包埋直徑的關系見下圖（圖4）

（圖4） 纖維的微滴脫粘力與包埋直徑的關系

結論

（1）針對同種纖維和樹脂，微滴脫粘力與微滴包埋直徑正相關。

（2）從樣品1、2可以看到，對于包埋長度接近的情況下，DCAT 25表現出好的數據重復性。

DCAT 25微滴脫粘測量儀對于解決纖維復合材料界面剪切強度的測量問題非常有效，具有操作簡便，全自動，測量數據準確，重復性好等特點。同時，作為一款綜合性的表面/界面表征儀器，DCAT25還可以測量熔融樹脂的表面/界面張力、纖維與樹脂的動態接觸角、纖維的表面自由能等，是解決纖維復合材料的界面表征的重要儀器。

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