纤维增强复合材料中金相制备检测方案(切割机)

Buehler， An ITW CompanyBuehler China·ShanghaiP： +86 400 1118683E： Info.cn@buehler.comStronger Partner， Reliable SolutionsBUEHLERAn ITW Company 标乐试样秀 标乐先进的制样技术纤维增强复合材料的金相制备 纤维增强复合材料一般是指由玻璃纤维、碳纤维、硼纤维做为增强材料，以不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体的复合材料。具有密度小、强度高、耐化学腐蚀、电绝缘性能优异以及加工性能好等特点，可用于航空航天、船舶、化工、电子、汽车制造、建筑工程等行业。下图为碳纤维增强复合材料在飞机和汽车中的典型应用案例。 纤维种类、编织方式、纤维表面处理、在树脂中的分散性和长径保留比、纤维含量都影响最终的增强效果。在微观尺度上，复合材料的强度决定于基体材料与增强纤维界面的强度，要实现这这点必须使材料在界面上形成能量的最低结合，即液体与固体之间的润湿。因此研究复合材料中纤维和基体界面的组成、结构、控制、性能和改进界面相，是复合材料的基础理论之一。但玻璃纤维和碳纤维具有高强度低伸长，，易弯曲脆断等特性，给样品制备带来很大的困难。本文以以纤维增强树脂为例进行样品制备。 制备步骤： 切割阶段，因导热性约为金属材料的1/100，并含有硬质的改性氧化物填料等原因造成散热条件差，产生的热与碎屑不易被带走。若选用砂轮片切割，因切割片厚度造成的切口损失较大，产生的热量会使树脂融化粘接在砂轮片表面，造成切割困难。若用大颗粒的金刚石切割片进行切割又会造成纤维脆性破碎严重，给后续磨抛带来困难。切割时推荐使用精密切割机 Isomet High Speed Pro 搭配 15HC 的金刚石切割片进行切割。 图1 Isomet High Speed 切割机 图2切割后样品表面 标乐试样秀 镶嵌阶段，若基体树脂材料受热不软化不变形，可选用热压镶嵌法进行镶嵌；若不清楚基体材料的热性能参数，真空环氧树脂镶嵌无疑是更为明智的选择，树脂可选择 Epokwick FC， 此款树脂粘度低流动性好、收缩率极低，2小时左右即可固化。 图3 Simplimet4000热压镶嵌机图4Cast N'Vac 真空镶嵌系统 磨抛阶段，本实验使用标乐 Ecomet-Automet半自动磨抛机，因其压力载荷可控，并可实现多个样品同时制备，，可极大提高样品制备的重复性，采用步骤见表1。 图5 Ecomet-Automet 250磨抛机 表1.碳纤维增强树脂复合材料磨抛步骤 步骤. 制备表面 研磨颗粒 润滑 力/样品 时间 (min：sec) 底盘转速 (rpm) 动力头转速 (rpm) 相对 方向 1 CarbiMet P400 水 20N 02：00 200 60 >> 砂纸 2 TexMet P 9pm Metadi superme 润滑液 25N 10：00 150 60 >< 多晶金刚石悬浮液 3 TriDent 3pm Metadi superme 润滑液 25N 06：00 150 60 >> 多晶金刚石悬浮液 4 ChemoMet 0.05pm MasterPrep 氧化铝悬浮液 20N 02：00 150 60 >< >>同向，><反向 ●最后15-20秒钟冲水 使用大粒号的砂纸在去除损伤的同时会造成新的损伤，因碳化硅颗粒较锋利，纤维在承受剪切力时易脆断，即使长时间研磨也无法得到平整无损伤的表面，如图6所示，使用两张 P400 研磨8分钟后，纤维表面破碎情况未有任何改观。因此建议 P400 砂纸研磨两分钟，将切割造成的树脂损伤去掉即可。 . .88 +++ 标乐的 TexMet P抛光布是多孔的硬质无纺布，配合使用9um 金刚石悬浮液，可在保持较高去去速率的同时保护碳纤维不被损伤破碎，需要增加抛光时间至约10分钟直到将损伤全部去除，如图7所示为抛光10分钟后纤维形貌。接着用编织的 TriDent 抛光布配合 3um 抛光液抛光4~6分钟将 9um 悬浮液产生的划痕进一步去除(图8)，最终使用人工合成多孔橡胶 ChemoMet 抛光布配合0.05um 氧化铝悬浮液，可得到无划痕，纤维形貌保持良好的最终表面(图9)。 图7 9 um 金刚石悬浮液抛光10分钟 www.buehler.com.cn www.buehler.com.cn 纤维增强复合材料一般是指由玻璃纤维、碳纤维、硼纤维做为增强材料，以不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为基体的复合材料。具有密度小、强度高、耐化学腐蚀、电绝缘性能优异以及加工性能好等特点，可用于航空航天、船舶、化工、电子、汽车制造、建筑工程等行业。下图为碳纤维增强复合材料在飞机和汽车中的典型应用案例。使用大粒号的砂纸在去除损伤的同时会造成新的损伤，因碳化硅颗粒较锋利，纤维在承受剪切力时易脆断，即使长时间研磨也无法得到平整无损伤的表面，如图6所示，使用两张P400研磨8分钟后，纤维表面破碎情况未有任何改观。因此建议P400砂纸研磨两分钟，将切割造成的树脂损伤去掉即可。 标乐的TexMet P抛光布是多孔的硬质无纺布，配合使用9μm金刚石悬浮液，可在保持较高去除速率的同时保护碳纤维不被损伤破碎，需要增加抛光时间至约10分钟直到将损伤全部去除，如图7所示为抛光10分钟后纤维形貌。接着用编织的TriDent抛光布配合3μm抛光液抛光4~6分钟将9μm悬浮液产生的划痕进一步去除（图8），最终使用人工合成多孔橡胶ChemoMet抛光布配合0.05μm氧化铝悬浮液，可得到无划痕，纤维形貌保持良好的最终表面（图9）。