[發明專利]基于微滴脫粘法的復合材料界面力學評價裝置及方法

有效

• 申請號: 202011520409.8
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112730744B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 祝穎丹;陳明達;馮雄峰;張洪生;劉東;顏春;徐海兵;王濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 劉誠午

本發明公開了一種基于微滴脫粘法的復合材料界面力學評價裝置及方法，該復合材料界面力學評價裝置包括：相機微調裝置，用于觀察纖維微滴樣品；設于相機微調裝置側面的測試主體裝置，用于固定和移動纖維微滴樣品；刀具調整裝置，包括自下而上依次設置的刀具調整安裝板、刀具調整連接塊、XY微調滑塊和刀具步進電機安裝板，刀具步進電機安裝板上前后分別安裝有左刀具步進電機和右刀具步進電機，左刀具步進電機和右刀具步進電機上均安裝有刀具微調裝置，兩個刀具微調裝置上分別安裝有左刀具和右刀具，左刀具和右刀具上均安裝有用于刮落纖維微滴樣品上微滴的刮刀；環境試驗箱，用于為纖維微滴樣品提供所需測試環境。

技術領域

本發明涉及復合材料界面力學性能測試技術領域，具體涉及一種基于微滴脫粘法的復合材料界面力學評價裝置及方法。

背景技術

高性能碳纖維復合材料以輕質高強、可設計性強、耐疲勞等優點，成為國民經濟和國防建設不可或缺的關鍵材料，其使用程度是衡量一個國家或地區現代工業先進水平的重要標志之一。

復合材料的共性特征是多層次、多尺度的異質、異構界面。界面作為碳纖維與樹脂基體間應力傳遞的紐帶，直接關系到復合材料內部應力的傳遞與分散，以及損傷和裂紋的傳播，進而從本質上直接影響復合材料整體對載荷的響應，并控制復合材料的性能和服役行為。

因此，通過對樹脂/纖維界面狀態進行準確檢測和評價，獲取碳纖維復合材料界面性能，指導碳纖維表面改性對復合材料界面性質進行調控，是提升碳纖維復合材料力學性能和研發新型結構/功能碳纖維復合材料的有效途徑和必備手段。

碳纖維增強復合材料界面性能，可分為宏觀的層間剪切強度(ILSS)和微觀的界面剪切強度(IFSS)。與ILSS相比，IFSS可更真實地從微觀角度反映增強纖維與樹脂之間的黏結行為及結合強度。

目前，常用的IFSS分析方法有纖維拔出、微滴脫粘、頂出、單絲斷裂等方法。使用微滴脫粘法測量嵌入長度較為方便，可實現定量測試IFSS，也因此更適合基于此法研發用于測量IFSS的儀器。目前國內外基于微滴脫粘法開發的復合材料界面力學測試儀器可實現在常溫下及高溫下測試微滴試樣的IFSS，卻沒有實現在低溫下測試的儀器；且在高溫環境中刀具易發生形變，調整比較困難。

發明內容

針對上述技術問題和本領域存在的不足之處，本發明提供了一種基于微滴脫粘法的復合材料界面力學評價裝置，通過開發高溫/低溫環境試驗箱，可實現在-80～200℃溫度下測試界面力學性能；通過設計刀具微調裝置，可實現在因溫度影響刀具發生形變的時候進行微調。

一種基于微滴脫粘法的復合材料界面力學評價裝置，包括：

相機微調裝置，用于觀察纖維微滴樣品；

設于所述相機微調裝置側面的測試主體裝置，用于固定和移動所述纖維微滴樣品；

刀具調整裝置，包括自下而上依次設置的刀具調整安裝板、刀具調整連接塊、XY微調滑塊和刀具步進電機安裝板，所述刀具步進電機安裝板上前后分別安裝有左刀具步進電機和右刀具步進電機，所述左刀具步進電機和右刀具步進電機上均安裝有刀具微調裝置，所述兩個刀具微調裝置上分別安裝有左刀具和右刀具，所述左刀具和右刀具上均安裝有用于刮落所述纖維微滴樣品上微滴的刮刀；所述刀具微調裝置用于精確調整刮刀位置，包括三層旋轉微調裝置，分別為X軸旋轉微調裝置、Y軸旋轉微調裝置和Z軸旋轉微調裝置；

環境試驗箱，用于為所述纖維微滴樣品提供所需測試環境。

作為優選，所述相機微調裝置包括：

自下而上依次設置的相機調整安裝板、相機調整連接板、XYZ三向微調滑塊、角度微調滑塊和用于觀察所述纖維微滴樣品的顯微相機，所述XYZ三向微調滑塊、角度微調滑塊用于調整所述顯微相機的焦點；

光源安裝板，其上設有與所述顯微相機對應的平行光源，所述刀具調整裝置和纖維微滴樣品均位于所述顯微相機和平行光源之間。