玻璃纤维、碳纤维、硼纤维中制备应用检测方案(磨抛机)

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【干货】纤维增强复合材料金相制备 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，要实现这一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。本文以碳纤维增强树脂为例进行样品制备。 制备步骤 01 切割 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。 02 镶嵌 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。 03 磨抛 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。 表1 碳纤维增强树脂复合材料磨抛步骤 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，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 ​ 【干货】纤维增强复合材料金相制备应用及方案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，要实现这一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。本文以碳纤维增强树脂为例进行样品制备。01切割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。02镶嵌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。03磨抛本实验使用标乐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。表1 碳纤维增强树脂复合材料磨抛步骤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，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