玻璃纤维增强复合材料界面的扫描探针声学显微法研究

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近年来,随着科学技术的发展,纤维增强复合材料在一些重要的工业领域,如军事、航空、汽车、核能和电子等领域得到了越来越广泛的应用,正在逐步代替一些传统的结构材料。增强纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、陶瓷纤维、金属纤维和芳纶纤维等高强高模的纤维。其中,玻璃纤维占据复合材料所用增强纤维的98%左右。  对于纤维的改性以及界面形成机理和表征一直是复合材料领域里的热点和难点问题。本实验选用由纺织型浸润剂(石蜡乳剂)处理过的玻璃纤维及市售经玻璃纤维(生产过程中加入FE-5#浸润剂)作为实验原料,经过不同处理方法、不同成型工艺得到纤维样品和复合材料样品。对所得纤维样品利用扫描探针显微镜的轻敲模式进行扫描,得到纤维的形貌图,对比不同处理方法所得纤维形貌图,发现不同处理对纤维性能的影响。对所得复合材料样品,首次采用扫描探针声学显微镜进行界面研究和表征。并对所得复合材料进行层间剪切强度(ILSS)实验,从力学角度对所得结论进行验证。  研究结果表明:测试样品的制作是扫描探针声学显微镜测试过程中至关重要的一步,经多道打磨抛光工序后可以完全满足测试要求且几乎不影响界面完整性。扫描探针声学模式的参数设置和样品厚度对成像效果都有很大的影响,实验中通过对比实验和探索,发现了最佳扫描参数设置和最佳成像厚度。为他人提供了一定的借鉴意义,也为后续试验奠定了基础。扫描探针声学显微镜不仅可以获得样品表面形貌及弹性特性,而且可以获得样品内部信息(如空隙或缺陷)。利用扫描探针声学显微镜对不同处理方法,不同成型方法所制得的玻璃纤维增强复合材料的界面进行研究和表征,得到与其他界面表征方法相同的结论,说明了扫描探针声学显微法对界面表征的实用性和正确性,为界面表征提供了新的方法和依据。
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