[發(fā)明專(zhuān)利]一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維取向度的測(cè)試方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811280746.7
• 申請(qǐng)日: 2018-10-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109506997A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李龍;楊云華;袁澤帥;朱世鵬;潘月秀;王凡文
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 航天材料及工藝研究所;中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): G01N1/28
• 分類(lèi)號(hào): G01N1/28;G01N21/84
• 代理公司: 中國(guó)航天科技專(zhuān)利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維取向度的測(cè)試方法，步驟如下：對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料試樣，沿與纖維名義0°方向呈一定夾角β切割試樣，獲得纖維橢圓形截面；將試樣截面制備金相顯微鏡樣品，打磨拋光后拍攝光學(xué)顯微照片；采用matlab編寫(xiě)纖維截面面積讀取程序，獲得纖維橢圓形截面面積數(shù)據(jù)，從而計(jì)算獲得纖維截面長(zhǎng)軸尺寸；根據(jù)幾何關(guān)系，獲得纖維軸向相對(duì)于切割面的取向角α，獲得纖維相對(duì)于名義0°的取向角度λ；統(tǒng)計(jì)纖維取向角度γ，得到取向角度均值、標(biāo)準(zhǔn)差等信息，從而獲得纖維取向度信息。本發(fā)明采用金相分析結(jié)合matlab數(shù)字圖像處理技術(shù)，可快速、準(zhǔn)確獲得大量纖維單絲的取向角度數(shù)據(jù)，用于統(tǒng)計(jì)分析，作為評(píng)價(jià)復(fù)合材料相關(guān)性能的重要參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種纖維取向度的測(cè)試方法，屬于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料性能評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料具有優(yōu)異的比強(qiáng)度、比模量、耐腐蝕、耐疲勞等性能特點(diǎn)，已經(jīng)在航空航天、交通、風(fēng)電、體育休閑等領(lǐng)域作為輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料獲得廣泛應(yīng)用。先進(jìn)樹(shù)脂基復(fù)合材料主要由增強(qiáng)纖維和樹(shù)脂基體組成，常用的增強(qiáng)纖維包括碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維等，樹(shù)脂基體包括環(huán)氧、雙馬、氰酸酯等。纖維增強(qiáng)體的應(yīng)用形式通常為預(yù)浸料，或織物與液態(tài)樹(shù)脂進(jìn)行復(fù)合，在一定的溫度和壓力條件下成型，制備成復(fù)合材料才能獲得應(yīng)用。由于中間材料裁切及鋪放時(shí)難以避免的取向誤差，以及在壓力下成型時(shí)，樹(shù)脂流動(dòng)引起纖維擾動(dòng)等因素，纖維取向角度會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，纖維的取向程度可能受到影響。當(dāng)纖維的取向程度下降后，其沿名義纖維方向的力學(xué)性能，將受到明顯影響，因此，纖維的取向度是考察復(fù)合材料制備質(zhì)量，評(píng)估復(fù)合材料性能的重要參考指標(biāo)之一。

當(dāng)前，定量評(píng)價(jià)纖維取向度的方法很少，主要是采用金相或掃描電鏡觀察的方法進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，而且研究對(duì)象多以短纖維為主。對(duì)于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，如何制備合理的試樣、如何快速獲得大量的纖維取向角度數(shù)據(jù)等方面是連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料取向度評(píng)價(jià)需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)研究本技術(shù)問(wèn)題的相關(guān)文獻(xiàn)較少，部分文獻(xiàn)報(bào)道了采用數(shù)字圖像處理技術(shù)分析纖維取向度的問(wèn)題，但研究對(duì)象多為無(wú)紡布或短纖維，其分析方法不適用于連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料；此外，部分文獻(xiàn)提及采用纖維橢圓形截面考慮纖維取向的問(wèn)題，但未提及具體的試樣制備及測(cè)試數(shù)據(jù)的處理方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維取向度的測(cè)試方法；采用數(shù)字圖像處理的方法，能快速獲得大量纖維取向角度數(shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維取向度提供一個(gè)定量的評(píng)價(jià)方法，也可用于復(fù)合材料成型質(zhì)量及相關(guān)力學(xué)性能的分析與評(píng)價(jià)參考。

本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維取向度的測(cè)試方法，包括如下步驟：

步驟一、對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料試樣，沿與纖維名義0°方向呈一定夾角β，切割試樣獲得試樣截面；

步驟二、將試樣截面制備成金相顯微鏡樣品，打磨拋光后拍攝光學(xué)顯微照片并放大；采用matlab數(shù)字圖像處理方法，獲得纖維橢圓形截面面積，計(jì)算纖維橢圓形截面長(zhǎng)軸尺寸；

步驟三、根據(jù)幾何關(guān)系換算，獲得纖維軸向相對(duì)于切割面的取向角α，并計(jì)算獲得到纖維相對(duì)于名義0°方向的取向角度λ；

步驟四、統(tǒng)計(jì)纖維取向角度γ，得到取向角度均值、標(biāo)準(zhǔn)差，并獲得纖維取向角度的分布情況圖像；

步驟五、在被測(cè)材料不同部位切割獲得多個(gè)試樣，重復(fù)步驟一～步驟四。

所述連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維截面為圓形或近似圓形，對(duì)近似圓形纖維截面，在測(cè)試精度允許范圍內(nèi)，根據(jù)纖維截面面積計(jì)算纖維等效直徑，將等效直徑作為后續(xù)計(jì)算用到的直徑d。

所述試樣截面與纖維名義0°方向的夾角β為3°～7°，

所述試樣厚度與復(fù)合材料板厚度相同。

所述試樣的寬度的取值范圍為10～30mm。