在扫描电镜下测量纤维-基体界面强度的温度依赖性

碳纤维增强聚合物复合材料或CFRP具有优异的机械性能，例如高强度 - 重量比，高刚度，并且在没有灾难性的故障的情况下在服务中承担动态载荷的可能性。

因此，在许多应用中，CFRPS Excel作为结构部件，特别是在航空航天工业中，他们正在快速更换较重的金属部件。复合材料从不仅是组成基质和纤维材料的机械性能的组合而获得其机械强度，而且是它们之间的界面的强度。亚博网站下载

可以进行纤维推出测试，以测量增强复合材料中各个纤维的滑动特性和界面强度。亚博网站下载这项研究雇佣了Bruker的希西奥尔顿^®PI 88 SEM PicoIndenter^®配备了800°C加热选项用于表征单个碳纤维与周围聚酰胺基体之间的界面强度，作为温度的函数。

图1。Hysitron Pi 88 SEM PicoIndenter，带800°C模块

现场高温下的光纤推出

采用Hysitron PI 88 SEM PicoIndenter，在碳纤维增强聚合物上安装直径为5 μm的金刚石平冲头，进行了纤维推出实验。使用位移控制反馈加载纤维到观察到界面完全失效的点，纤维开始通过矩阵滑动。

这些测试是在300°C和室温的不同高温下进行的。通过对样品和探头进行闭环电阻加热来实现加热。现场测试的性质使得实时、直接观察失效进程和推出机制，以及针尖在纤维上的精确对齐。

样品制备

从大块纤维增强复合材料试样中制备了截面为5 mm × 5 mm、厚度为300 μm的薄试样。如图2a所示，抛光的基片和样品被夹在一起，并安装在附在SEM picointer上的加热器上。通过在基片上开槽提供光纤推出的空间。如图2b所示，将针尖对准并放置在光纤上方Hysitron PI 88级．

图2。（a）夹在基板上的样品的低放大倍率SEM图像;（b）前和（c）纤维推出试验的图像后图像。

界面失败

图3示出了在装载时显示不同刚度制度的两个负载 - 位移（P-H）曲线。在测试期间记录的视频的帮助，可以理解界面故障的进展。P-H曲线的低初始刚度是由于弯曲的薄样品弯曲以与沟槽支撑件接触。

图3。在室温（蓝色）和316°C（红色）上加载纤维推出的纤维推出曲线。

当样品与衬底固体接触时，施加的载荷完全转移到光纤上，从而增加了曲线的刚度。在这一阶段，剪切应力由施加的压缩载荷在界面处引入，并在试样表面处达到最大值。当界面剪应力达到临界值时，界面开始脱粘，载荷下降。

破坏载荷是指在剥离之前所能观察到的最大持续载荷。根据脱粘机理和温度，P-h曲线表现为渐进式、突发性或阶梯式载荷下降。裂纹通过界面的缓慢扩展导致的载荷下降是渐进的、多级的，而更剧烈的载荷下降则与界面的完全破坏有关。甚至在某些情况下，周围的纤维矩阵界面也会失效。图2c显示了光纤完全推出的图像。

温度的作用

测试的温度范围从室温到316°C。如图4所示，随着界面剪切强度的降低和界面变弱，失效载荷在高温下显著降低。此外，随着基体在高温下的软化，当加载的纤维被推出时，它更容易从周围的纤维中被拉出来。测试后，通过将样品从样品中取出，观察样品的背面、推出的纤维和周围的基质Hysitron Pi 88.．推出纤维的图像如图5所示。

图4。推出力Vs温度。随着温度接近300℃，观察到推出力的急剧降低。

图5。样品的背面显示完全推出测试的纤维。

结论

通过纤维伸出研究，证明了一种测量纤维增强复合材料中单纤维的脱粘强度的方法。原位测试的性质也提供了有用的信息，不仅关于破坏的进展，而且关于温度对变形过程的影响——如果不是在扫描电镜中进行测试，这些观察是无法观察到的。

此信息已采购，审查和调整Bruker纳米表面提供的材料。亚博网站下载

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