纤维树脂基复合材料微观界面性能表征方法的进展.pdf

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1、第2期36纤维复合材料No．22014年6月FmERCoMPoSITESJun．，2014纤维树脂基复合材料微观界面性能表征方法的进展刘政，翟哲，刘东杰，冯拉俊，刘赘姿(西安理工大学，材料科学与工程学院，西安710048)摘要纤维树脂基复合材料中界面微观结构和性质对材料的宏观性能起着关键性作用。为了能够准确地测试纤维树脂间的界面粘结力，表征纤维与树脂之间界面剪切应力传递效率，人们一直试图找到一种方法能够真实全面反映界面性能，以及纤维断裂、界面脱粘、树脂横向断裂等因素对界面性能的影响。为此作者对现有微观界面表征方法进行介绍与分析，包括：微珠试验、单纤维拉出试验、压

2、入试验、单纤维断裂试验、激光拉曼(或荧光)色谱法、光弹分析法，全面剖析它们的适用范围。关键词微珠试验；拉出试验；压入试验；单纤维断裂试验；拉曼法；光弹试验；微观界面表征方法AReviewofMethodsforCharacterisationofInterfacialPropertiesofFiberReinforcedPolymerCompositeMaterialsLIUZheng，ZHAIZhe，LIUDongjie，FENGLajun，LIUYunzi(SchoolofmaterialsScienceandEngineering，Xi’anUnivers

3、ityofTechnology，Xi’an710048，China)ABSTRACTThepropertyofafibercompositedependscruciallyupontheinterfacialmicro·—structureandpropertiesbe·-tweenthefiberandpolymermatrix．Toaccuratelycharacterizetheinterfacialadhesion，andinterfacialshearstresstransfereficiency．Manyattemptswerededicatedto

4、findamethodtoclarifytheinterfacialproperties，andtheeffectsofthefiberbreak，theinterfacialdebondingandmatrixcrackontheinterfacialproperties．Heretheauthorsintroducedandanalyzedcur—rentapproaches，andtriedtofindtheirlimits．KEYWORDSmicrobondtest；pull--out；push—．in；singlefiberfragmentationt

5、est；ramanspectroscopy；photoelasticity1引言2微珠试验纤维复合材料作为先进材料，质量轻，强度高等微珠试验是将液态树脂滴到纤维上，然后固化特点使其在航空、航天、船舶、汽车等工程领域应用成椭圆形球，见图1a，利用微型钳在纤维加载时，使越来越发挥其重要性。随着复合材料应用领域的扩椭圆形微球受到载荷，这样纤维与树脂球界面相产展，对材料性能提出了更高的要求。复合材料的性生一个剪切应力。当载荷达到一定值，树脂与纤维能取决于增强体纤维、树脂基体和界面性能，其中纤脱粘。这时纤维所受拉力和界面剪切力达到平衡，维和树脂之间的界面粘结力是一个重要因

6、素。界面通过力平衡关系公式，可得平均界面剪切强度[，圳]。粘结强度，即纤维断裂处通过基体向纤维传递应力FF的能力，直接影响到复合材料的强度、韧性和破坏模一A—,rrd—lff式等宏观力学行为。因此，如何表征纤维和基体相其中，F是拉出力，A是包裹在树脂里纤维表面之间的界面的微观性质，对预测材料宏观机械性能，积，是纤维直径，ff是埋在树脂中纤维的长度。设计、控制和优化纤维增强复合材料性能提供实验微珠试验方法简单，容易操作，多次重复测试，和理论基础。自1957年起，学者们开始致力于研发求取平均值。例如，在利用微珠试验测试尼龙纤维或改进界面微观试验，如拉出试验J、压入试

7、与水相聚氨酯树脂间的粘结强度时，假定纤维树验、微珠试验、碎片试验]、拉曼光谱等，脂间的界面剪切应力恒定，与所在位置无关。当纤维但这些方法各有优缺点。基金项目：陕西省科学技术厅国际合作计划(2012KW一05)；西安理工大学博士启动资金2期刘政，等：纤维树脂基复合材料微观界面性能表征方法的进展37树脂球中的应力状态与实际复合材料存在差异。LoadcellfZg＼一皇．zMatrix_●--———-—●tFFibre图2尼龙纤维从水相聚氨酯基体中拉出力与嵌入纤维的长度关系3单纤维拉出试验一单纤维拉出实验是将单纤维的一段埋人树脂中，采用纤维拉出的方法(图1b)，通过力

8、学平衡关系式，根据拉出力