本發(fā)明涉及復(fù)合材料性能測試技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種評價連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料樹脂均勻性的方法。

背景技術(shù)：

連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的比強(qiáng)度和比剛度，因此作為結(jié)構(gòu)材料在飛機(jī)、船舶、汽車等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，以環(huán)氧樹脂為代表的熱固性樹脂在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中大量使用，其強(qiáng)度、韌性、缺陷特征、界面等因素決定著復(fù)合材料整體的性能。

復(fù)合材料樹脂的均勻性影響復(fù)合材料的性能，這種均勻性包括整體、局部甚至微觀的不同尺度的均勻性，如“離位”增韌技術(shù)用于樹脂傳遞模塑成型工藝中，可能會帶來增韌劑的溶解并隨樹脂流動，從而帶來復(fù)合材料中各個區(qū)域樹脂分布的不均。如使用以雙氰胺為代表的潛伏型固化劑的環(huán)氧樹脂是將常溫時具有不溶性的固化劑顆粒加入并分散到樹脂中，盡管儲存期很長，但連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有很高的纖維體積分?jǐn)?shù)，不可避免會影響固化劑的分配和固化過程中固化劑的擴(kuò)散，造成復(fù)合材料局部樹脂固化均勻性的差異。如應(yīng)用增韌劑或熱塑性增韌顆粒的樹脂體系，由于存在微觀分相和顆粒分配，必然會存在的微觀尺度上的不均性。

現(xiàn)有技術(shù)中，研究復(fù)合材料樹脂均勻性的方法非常少，現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用宏觀力學(xué)的方法需要大塊的試樣，僅能夠研究復(fù)合材料在不同宏觀區(qū)域的樹脂均勻性?，F(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用紅外光譜等方法無法得到樹脂直接力學(xué)信息，當(dāng)樹脂固化度較高時實際上難以鑒別紅外光譜的差別；現(xiàn)有技術(shù)中其它的材料分析手段，如TEM、SEM、能譜、光譜等分析方法都有相應(yīng)的局限性，SEM在分析存在微觀多相結(jié)構(gòu)上的不均性有優(yōu)勢，但不能分析因為固化程度不同造成的微觀力學(xué)不均。

復(fù)合材料中樹脂的不均勻性主要體現(xiàn)在：宏觀不均性，表現(xiàn)為樹脂流動和溶解不均、溫度場不均、壓力場不均等工藝問題帶來的不均性；局部不均性，表現(xiàn)為局部溫度場和壓力不均、局部沉降和不均體系的滲透、擴(kuò)散、沉降帶來的不均；微觀不均性，主要體現(xiàn)在不溶性顆粒、分相等帶來的擴(kuò)散不均。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的，就是解決以上技術(shù)中存在的問題，并為此提供一種評價連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料樹脂均勻性的方法。

一種評價連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料樹脂均勻性的方法，包括如下步驟，第一步為取連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在所需測試的位置截取試樣，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數(shù)纖維的軸向方向垂直于截面分布，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區(qū)域，選取的測試區(qū)域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區(qū)域的個數(shù)不低于8個，各測試區(qū)域在拋光的截面上均勻選??；第三步為選取好測試區(qū)域后，依次測試各個區(qū)域的納米力學(xué)硬度，測試一個測試區(qū)域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區(qū)域的三維形貌，在該測試區(qū)域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，依次測試各測試點的納米硬度，該測試區(qū)域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷-壓深曲線，去除曲線斜率發(fā)生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，再按照該方法測試試樣上的全部測試區(qū)域。

優(yōu)選地，所述每塊試樣高度不超過10mm，長寬不超過50mm。

優(yōu)選地所述在拋光的截面上選取測試區(qū)域的數(shù)量為根據(jù)實際測試的要求任意選擇。

優(yōu)選地所述測試區(qū)域的選取位置在復(fù)合材料鋪層內(nèi)中心的位置和位于兩個鋪層層間的位置，該兩種位置上的測試區(qū)域的數(shù)量相同。

優(yōu)選地，所述測試點的選取位置在纖維方向與拋光的截面垂直的范圍內(nèi)，每個測試區(qū)域選取的測試點數(shù)不少于6個，測試點與纖維邊緣的最小距離不低于2μm，不同測試點與纖維邊緣的最小距離差異不超過5μm。

優(yōu)選地，所述測試該測試區(qū)域上各測試點的納米硬度時，壓入深度為100~500nm，測試壓力不超過500μN(yùn)。

優(yōu)選地，所述在所需測試的位置截取試樣的數(shù)量為1-3塊。

本發(fā)明的優(yōu)點：

1，可從納米級的微觀尺度測試復(fù)合材料的樹脂性能，從而評價其微觀均勻性；

2，適用面廣，且適用于不同區(qū)域和位置的樣品的微觀力學(xué)數(shù)據(jù)，因此還可以進(jìn)行樣品局部和整體的不同部位的比較，得到復(fù)合材料樣品整體、局部、微觀均勻性的多重信息。

具體實施例

為了使本發(fā)明更容易被清楚理解，以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作以詳細(xì)說明。

實施例1

一種評價連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料樹脂均勻性的方法，包括如下步驟，第一步為取連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在所需測試的位置截取試樣，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數(shù)纖維的軸向方向垂直于截面分布，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區(qū)域，選取的測試區(qū)域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區(qū)域的個數(shù)不低于8個，各測試區(qū)域在拋光的截面上均勻選取；第三步為選取好測試區(qū)域后，依次測試各個區(qū)域的納米力學(xué)硬度，測試一個測試區(qū)域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區(qū)域的三維形貌，在該測試區(qū)域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，依次測試各測試點的納米硬度，該測試區(qū)域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷-壓深曲線，去除曲線斜率發(fā)生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，再按照該方法測試試樣上的全部測試區(qū)域。

實施例2

一種評價連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料樹脂均勻性的方法，包括如下步驟，第一步為取連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，在所需測試的位置截取1-3塊試樣，每塊試樣高度不超過10mm，長寬不超過50mm，截取試樣時選擇截取面的要求為該截面上多數(shù)纖維的軸向方向垂直于截面分布，減少纖維-樹脂界面造成的不可控影響，使樣品的上截面和下截面相互平行，將其中的一面拋光，作為測試面；第二步為任取一塊試樣，在拋光的截面上選取測試區(qū)域，選取測試區(qū)域的數(shù)量為根據(jù)實際測試的要求任意選擇，因此兼顧了復(fù)合材料樹脂的整體和局部及微觀的均勻性測試，且可以靈活更改，選取位置在復(fù)合材料鋪層內(nèi)中心的位置和位于兩個鋪層層間的位置，該兩種位置上的測試區(qū)域的數(shù)量相同，選取的測試區(qū)域的邊長為30~80μm，單個試樣上測試區(qū)域的個數(shù)不低于8個，各測試區(qū)域在拋光的截面上均勻選??；第三步為選取好測試區(qū)域后，依次測試各個區(qū)域的納米力學(xué)硬度，測試一個測試區(qū)域時，先用納米壓痕探針掃描該測試區(qū)域的三維形貌，在該測試區(qū)域上選取測試點，選取測試點時，測試點選擇在樹脂上，測試點的選取位置在纖維方向與拋光的截面垂直的范圍內(nèi)，每個測試區(qū)域選取的測試點數(shù)不少于6個，測試點與纖維邊緣的最小距離不低于2μm，各測試點與纖維的距離大小盡量保持一致，不同測試點與纖維邊緣的最小距離差異不超過5μm，依次測試各測試點的納米硬度，測試該測試區(qū)域上各測試點的納米硬度時，壓入深度為100~500nm，測試壓力不超過500μN(yùn)，該測試區(qū)域測試完后重新掃描三維形貌圖檢查測試點位置變動，檢查每個測試點的載荷-壓深曲線，去除曲線斜率發(fā)生突變的測試點，得到每個測試點的納米硬度，納米壓痕探針掃描該測試區(qū)域的三維形貌過程中還可根據(jù)磨損和樹脂性能的關(guān)系對納米硬度的比對結(jié)果進(jìn)行驗證，即輔助評價樹脂的均勻性，再按照該方法測試試樣上的全部測試區(qū)域。

本發(fā)明所述的連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料通常具有層疊結(jié)構(gòu)，即連續(xù)單向的纖維織物或多向編制的纖維織物一層一層疊起來，并且被樹脂基體包裹成一個整體結(jié)構(gòu)；所述的鋪層層間指的是兩層纖維織物之間的區(qū)域。