基于纳米力学的T300/PEEK复合材料各组分原位力学性能测试
发布时间：2020-12-06 21:18
采用纳米压痕和峰值力纳米力学模量成像技术（PF-QNM）对碳纤维/聚醚醚酮（T300/PEEK）复合材料各组分原位力学性能进行测试,并对复合材料界面结构及性能定量表征。结果表明,树脂基体、界面、碳纤维区域的弹性模量和硬度均呈梯度上升趋势,且纤维和树脂复合后的原位弹性模量与其非在位性能相比,分别下降和上升,说明高模量的纤维对周围树脂起到一定的强化作用。两种方法测得树脂基体平均弹性模量分别为5.4、4.1 GPa,测试结果分散度较小,与其宏观模量数值较为接近;研究显示,PF-QNM技术具有纳米级横向分辨率,测得T300/PEEK的界面厚度为（73.5±3.8）nm。
【文章来源】：塑料工业. 2017年08期 第66-70+75页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
峰值力定量纳米力学成像技术示意图
瘟浚?磀－d0为样品变形量。样品表面各点的弹性模量E可根据公式(3)和(4)进行拟合求解。实验采用MPP-13100－10型探针(美国Bruker公司)进行PF-QNM纳米力学成像测试，该探针的悬臂名义弹性常数200N/m，针尖曲率半径8nm。测试前，使用蓝宝石标样对探针偏转系数进行校准，可确定其偏转系数为73.2nm/V。测试复合材料样品时，扫描频率为0.8Hz，为得到各组分和界面相的性能信息，并保证测试的横向分辨率，本文对复合材料横截面进行不同尺度下512×512个像素点的纳米力学成像测试。2结果与讨论2.1纳米压痕测试结果图2纳米压痕点分布图Fig2Imageofnano-indentationpoints实验对跨一根纤维截面进行排点式连续压痕，得到由树脂过渡到碳纤维的各相力学性能，设计测试7个压痕点，如图2所示。由图3给出的不同压痕点的弹性模量和硬度可见，它们的相关度很高，从树脂基体经过界面区到碳纤维，弹性模量和硬度的变化规律一致。对照图2中压痕点的位置发现，压痕点1、2位于PEEK树脂区域，实验结果显示出良好的一致性，弹性模量约为5.4GPa，硬度约为0.17GPa;压痕点3、7位于纤维和树脂的界面区域，弹性模量约为23.6GPa，硬度约为3.2GPa;压痕点4、5、6位于碳纤维区域，碳纤维弹性模量为42.1～50.8GPa，硬度为6.9～8.8GPa。图3不同压痕点弹性模量和硬度平均值分布图Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations对比测得的复合材料各组分原位力学性能与其复合前非在位性能，复合后PEEK树脂弹性模量有所上升，平均值由复合前非在位的3.8GPa［12］变为复合后的5.4GPa;而碳纤维弹性模量则有所下降，由复合前非在位的55GPa［13］到复合后的原位压痕平均值45.8GPa，说明该两相复合材料的原位力学
悬臂名义弹性常数200N/m，针尖曲率半径8nm。测试前，使用蓝宝石标样对探针偏转系数进行校准，可确定其偏转系数为73.2nm/V。测试复合材料样品时，扫描频率为0.8Hz，为得到各组分和界面相的性能信息，并保证测试的横向分辨率，本文对复合材料横截面进行不同尺度下512×512个像素点的纳米力学成像测试。2结果与讨论2.1纳米压痕测试结果图2纳米压痕点分布图Fig2Imageofnano-indentationpoints实验对跨一根纤维截面进行排点式连续压痕，得到由树脂过渡到碳纤维的各相力学性能，设计测试7个压痕点，如图2所示。由图3给出的不同压痕点的弹性模量和硬度可见，它们的相关度很高，从树脂基体经过界面区到碳纤维，弹性模量和硬度的变化规律一致。对照图2中压痕点的位置发现，压痕点1、2位于PEEK树脂区域，实验结果显示出良好的一致性，弹性模量约为5.4GPa，硬度约为0.17GPa;压痕点3、7位于纤维和树脂的界面区域，弹性模量约为23.6GPa，硬度约为3.2GPa;压痕点4、5、6位于碳纤维区域，碳纤维弹性模量为42.1～50.8GPa，硬度为6.9～8.8GPa。图3不同压痕点弹性模量和硬度平均值分布图Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations对比测得的复合材料各组分原位力学性能与其复合前非在位性能，复合后PEEK树脂弹性模量有所上升，平均值由复合前非在位的3.8GPa［12］变为复合后的5.4GPa;而碳纤维弹性模量则有所下降，由复合前非在位的55GPa［13］到复合后的原位压痕平均值45.8GPa，说明该两相复合材料的原位力学性能与其非在位性能有明显差异。如图2所示，压痕点的位置不同，测得的弹性模量也不同:距离碳纤维最远处，位于树脂区域的1、2压痕点弹性模量最低;位于碳纤维区域的4、5、6压痕点
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于峰值力纳米力学模量成像技术的碳纤维/树脂复合材料界面尺寸与性能的原位表征[J]. 牛一凡,杨赢,孟积兴. 复合材料学报. 2017(03)
[2]基于纳米压痕技术的碳纤维/环氧树脂复合材料各组分原位力学性能测试[J]. 高雪玉,杨庆生,刘志远,高雪娇. 复合材料学报. 2012(05)
[3]碳纤维复合材料界面结构的形貌与尺寸的表征[J]. 易楠,顾轶卓,李敏,张佐光. 复合材料学报. 2010(05)
[4]纤维束分布对复合材料有效性能的影响[J]. 谭祥军,杨庆生. 复合材料学报. 2009(03)
[5]增强相分布方式对复合材料有效力学性能的影响[J]. 谭祥军,杨庆生. 宇航材料工艺. 2008(01)
本文编号：2902044
【文章来源】：塑料工业. 2017年08期 第66-70+75页 北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
峰值力定量纳米力学成像技术示意图
瘟浚?磀－d0为样品变形量。样品表面各点的弹性模量E可根据公式(3)和(4)进行拟合求解。实验采用MPP-13100－10型探针(美国Bruker公司)进行PF-QNM纳米力学成像测试，该探针的悬臂名义弹性常数200N/m，针尖曲率半径8nm。测试前，使用蓝宝石标样对探针偏转系数进行校准，可确定其偏转系数为73.2nm/V。测试复合材料样品时，扫描频率为0.8Hz，为得到各组分和界面相的性能信息，并保证测试的横向分辨率，本文对复合材料横截面进行不同尺度下512×512个像素点的纳米力学成像测试。2结果与讨论2.1纳米压痕测试结果图2纳米压痕点分布图Fig2Imageofnano-indentationpoints实验对跨一根纤维截面进行排点式连续压痕，得到由树脂过渡到碳纤维的各相力学性能，设计测试7个压痕点，如图2所示。由图3给出的不同压痕点的弹性模量和硬度可见，它们的相关度很高，从树脂基体经过界面区到碳纤维，弹性模量和硬度的变化规律一致。对照图2中压痕点的位置发现，压痕点1、2位于PEEK树脂区域，实验结果显示出良好的一致性，弹性模量约为5.4GPa，硬度约为0.17GPa;压痕点3、7位于纤维和树脂的界面区域，弹性模量约为23.6GPa，硬度约为3.2GPa;压痕点4、5、6位于碳纤维区域，碳纤维弹性模量为42.1～50.8GPa，硬度为6.9～8.8GPa。图3不同压痕点弹性模量和硬度平均值分布图Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations对比测得的复合材料各组分原位力学性能与其复合前非在位性能，复合后PEEK树脂弹性模量有所上升，平均值由复合前非在位的3.8GPa［12］变为复合后的5.4GPa;而碳纤维弹性模量则有所下降，由复合前非在位的55GPa［13］到复合后的原位压痕平均值45.8GPa，说明该两相复合材料的原位力学
悬臂名义弹性常数200N/m，针尖曲率半径8nm。测试前，使用蓝宝石标样对探针偏转系数进行校准，可确定其偏转系数为73.2nm/V。测试复合材料样品时，扫描频率为0.8Hz，为得到各组分和界面相的性能信息，并保证测试的横向分辨率，本文对复合材料横截面进行不同尺度下512×512个像素点的纳米力学成像测试。2结果与讨论2.1纳米压痕测试结果图2纳米压痕点分布图Fig2Imageofnano-indentationpoints实验对跨一根纤维截面进行排点式连续压痕，得到由树脂过渡到碳纤维的各相力学性能，设计测试7个压痕点，如图2所示。由图3给出的不同压痕点的弹性模量和硬度可见，它们的相关度很高，从树脂基体经过界面区到碳纤维，弹性模量和硬度的变化规律一致。对照图2中压痕点的位置发现，压痕点1、2位于PEEK树脂区域，实验结果显示出良好的一致性，弹性模量约为5.4GPa，硬度约为0.17GPa;压痕点3、7位于纤维和树脂的界面区域，弹性模量约为23.6GPa，硬度约为3.2GPa;压痕点4、5、6位于碳纤维区域，碳纤维弹性模量为42.1～50.8GPa，硬度为6.9～8.8GPa。图3不同压痕点弹性模量和硬度平均值分布图Fig3Tendencydistributionoftheaveragemodulusandhardnessatdifferentindentations对比测得的复合材料各组分原位力学性能与其复合前非在位性能，复合后PEEK树脂弹性模量有所上升，平均值由复合前非在位的3.8GPa［12］变为复合后的5.4GPa;而碳纤维弹性模量则有所下降，由复合前非在位的55GPa［13］到复合后的原位压痕平均值45.8GPa，说明该两相复合材料的原位力学性能与其非在位性能有明显差异。如图2所示，压痕点的位置不同，测得的弹性模量也不同:距离碳纤维最远处，位于树脂区域的1、2压痕点弹性模量最低;位于碳纤维区域的4、5、6压痕点
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于峰值力纳米力学模量成像技术的碳纤维/树脂复合材料界面尺寸与性能的原位表征[J]. 牛一凡,杨赢,孟积兴. 复合材料学报. 2017(03)
[2]基于纳米压痕技术的碳纤维/环氧树脂复合材料各组分原位力学性能测试[J]. 高雪玉,杨庆生,刘志远,高雪娇. 复合材料学报. 2012(05)
[3]碳纤维复合材料界面结构的形貌与尺寸的表征[J]. 易楠,顾轶卓,李敏,张佐光. 复合材料学报. 2010(05)
[4]纤维束分布对复合材料有效性能的影响[J]. 谭祥军,杨庆生. 复合材料学报. 2009(03)
[5]增强相分布方式对复合材料有效力学性能的影响[J]. 谭祥军,杨庆生. 宇航材料工艺. 2008(01)
本文编号：2902044
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