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纤维增强复合材料的金相制备

发布:美国标乐
浏览次数:1368

纤维增强复合材料一般是指由玻璃纤维、碳纤维、硼纤维做为增强材料,以不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体的复合材料。具有密度小、强度高、耐化学腐蚀、电绝缘性能优异以及加工性能好等特点,可用于航空航天、船舶、化工、电子、汽车制造、建筑工程等行业。下图为碳纤维增强复合材料在飞机和汽车中的典型应用案例。

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纤维种类、编织方式、纤维表面处理、在树脂中的分散性和长径保留比、纤维含量都影响ZZ的增强 效果。在微观尺度上,复合材料的强度决定于基体材料与增强纤维界面的强度,要实现这一点必须使材料在界面上形成能量的ZD结合,即液体与固体之间的润湿。因此研究复合材料中纤维和基体界面的组成、结构、控制、性能和改进界面相,是复合材料的基础理论之一。但玻璃纤维和碳纤维具有高强度低伸长,易弯曲脆断等特性,给样品制备带来很大的困难。本文以碳纤维增强树脂为例进行样品制备。

制备步骤:

切割阶段,因导热性约为金属材料的1/100,并含有硬质的改性氧化物填料等原因造成散热条件差,产生的热与碎屑不易被带走。若选用砂轮片切割,因切割片厚度造成的切口损失较大,产生的热量会使树脂融化粘接在砂轮片表面,造成切割困难。若用大颗粒的金刚石切割片进行切割又会造成纤维脆性破碎严重,给后续磨抛带来困难。切割时推荐使用精密切割机Isomet High Speed Pro 搭配15HC的金刚石切割片进行切割。 

image.png

镶嵌阶段,若基体树脂材料受热不软化不变形,可选用热压镶嵌法进行镶嵌;若不清楚基体材料的热性能参数,真空环氧树脂镶嵌无疑是更为明智的选择,树脂可选择Epokwick FC,此款树脂粘度低流动性好、收缩率极低,2小时左右即可固化。

image.png

磨抛阶段,本实验使用标乐Ecomet-Automet半自动磨抛机,因其压力载荷可控,并可实现多个样品同时制备,可极大提高样品制备的重复性,采用步骤见表1。

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表1. 碳纤维增强树脂复合材料磨抛步骤

步骤.

制备表面

研磨颗粒

润滑

力/样品

时间

(min:sec)

底盘转速 (rpm)

动力头转速 (rpm)

相对方向

1

CarbiMet 砂纸

P400

20N

02:00

200

60

>>

2

TexMet P

9µm Metadi superme 多晶金刚石悬浮液

润滑液

25N

10:00

150

60

><

3

TriDent

3µm Metadi superme 多晶金刚石悬浮液

润滑液

25N

06:00

150

60

>>

4

ChemoMet

0.05µm MasterPrep

氧化铝悬浮液

20N

02:00

150

60

><

>> 同向, >< 反向                       ●ZH15-20 秒钟冲水                 

使用大粒号的砂纸在去除损伤的同时会造成新的损伤,因碳化硅颗粒较锋利,纤维在承受剪切力时易脆断,即使长时间研磨也无法得到平整无损伤的表面,如图6所示,使用两张P400研磨8分钟后,纤维表面破碎情况未有任何改观。因此建议P400砂纸研磨两分钟,将切割造成的树脂损伤去掉即可。

标乐的TexMet P抛光布是多孔的硬质无纺布,配合使用9μm金刚石悬浮液,可在保持较高去除速率的同时保护碳纤维不被损伤破碎,需要增加抛光时间至约10分钟直到将损伤全部去除,如图7所示为抛光10分钟后纤维形貌。接着用编织的TriDent抛光布配合3μm抛光液抛光4~6分钟将9μm悬浮液产生的划痕进一步去除(图8),ZZ使用人工合成多孔橡胶ChemoMet抛光布配合0.05μm氧化铝悬浮液,可得到无划痕,纤维形貌保持良好的ZZ表面(图9)。

  

   

2021-01-19
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