增强橡胶复合材料

引 言碳纤维增强复合材料（CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics）因其高比强度、高比刚性和良好的耐腐蚀性而广泛用于航空航天、国防工业和其他领域。然而CFRP属于典型难加工材料，尤其是制孔加工，CFRP构件为了与其他零部件装配通常要对其进行大量的制孔，传统制孔加工技术难以满足要求，这成为CFRP推广应用的瓶颈。 为了研发高效高质量、低成本的CFRP制孔技术，南方科技大学吴勇波讲席教授团队的汪强博士后研究员等人利用岛津公司的inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统，观察新技术斜螺旋铣削法（THM）和传统螺旋铣削法（CHM）所获得CFRP制孔加工质量。通过inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统对两种不同方法CFRP制孔加工样品进行扫描成像,再使用VG软件对其数据进行比较分析，发现利用CHM获得孔的表面出现明显毛刺，而使用THM获得孔的表面非常光滑。这验证了斜螺旋铣削法这一新技术相比传统螺旋铣削法更有利于CFRP高质量制孔加工。论文链接：https://doi.org/10.1007/s00170-018-2995-5图1 基于CHM和THM的加工孔的3D扫描图图2 inspeXio SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统外观图 图1是通过微焦点CT扫描后的三维立体图像。无需特殊前处理，直接把样品放进inspeXio SMX-225CT FPD HR CT设备中直接扫描，测试速度快，短短几分钟就可以得出清晰的图像。岛津公司inspeXio SMX-225CT FPD HR是一款高性能微焦点X射线CT系统（图2）。特点是检出器动态范围大，相当于1400万像素的输入分辨率，加之进一步改良过的高输出微焦点X射线发生器，完全颠覆了“无法在高电压输出设备上获得轻质材料的高清晰高对比度的图像”这一常识，能够获得大视野范围、高分辨率、高对比度的断面图像。无论是在研发的复合材料（GFRP、CFRTP）,还是大型铝合金压铸件产品，这款仪器能够完成各种样品所需要的研究、开发和检查的实验。 图3 基于CHM和THM加工孔的3D扫描图（图片版权归Int J Adv Manuf Technol所有） 图3分别显示了CHM(θ=0°)和THM(θ=5°)加工孔的CT放大扫描结果。图像表明，CHM孔口处存在大量的毛刺，而在THM孔入口处很少出现毛刺现象，从而抑制了THM孔口的撕裂。使用CHM加工时，孔表面在90°图6 CHM和THM加工孔CT横截面图 （图片版权归Int J Adv Manuf Technol所有） 图7 THM加工孔CT展开图(a)和SEM图（b） （图片版权归Int J Adv Manuf Technol所有） 在图6和图7中，通过CT扫描后用专用图像处理软件把孔内表面展开，可以清晰的观察CHM(θ=0°)和THM(θ=5°)的孔内表面形貌。这一分析手段有利于观察分析被测物体内部结构，是本公司产品的优势之一。在CHM中，当90°α180°时，可以看到粗糙的表面缺陷位于α=135°附近。但是在THM中，所有α角度的钻孔表面都是光滑的。最后通过SEM扫描验证缺陷位置。 SMX-225CT FPD HR微焦点X射线CT系统扫描结果协助研究者验证了THM加工方法在CFRP制孔加工中显著优于CHM，为后续研究提供了准确的数据。

近日，中国材料与试验团体标准委员会（CSTM标准委员会）批准发布T/CSTM 00653—2022《纤维增强聚合物基复合材料 超低温力学性能试验方法》团体标准，并将于2022年8月27日起正式实施。该团体标准规定了纤维增强聚合物基复合材料超低温力学性能试验的试验原理、试验设备、试样、试验步骤、试验结果和试验报告；适用于连续纤维增强聚合物基复合材料在-183 ℃～-269 ℃超低温下进行拉伸、面内压缩、弯曲和剪切等力学性能试验，超出上述温度范围及树脂浇铸体和塑料的超低温力学性能试验可参照使用。该标准起草人：渠成兵、肖红梅、黄传军、刘玉、付绍云、刘德博、张健、左小彪、史汉桥、李元庆、矫维成、杨帆、蔡浩鹏、张红菊、陈超。起草单位：中国科学院理化技术研究所、北京玻璃钢研究设计院有限公司、北京宇航系统工程研究所、航天材料及工艺研究所、重庆大学、哈尔滨工业大学、武汉理工大学、国标（北京）检验认证有限公司、山东省标准化研究院。标准文本：标准下载链接：https://www.instrument.com.cn/download/shtml/1091668.shtml

导读随着科技发展的日新月异，汽车、航天、航空等工业对材料性能的要求越来越高，单一材料如金属、陶瓷、高分子材料几乎都难以胜任。若将不同性能特点的单一材料复合起来，取长补短，则能满足现代高新技术的需求。复合材料既能保持组成材料各自的优异特性，又具有组合后的新特性，如比强度和比模量高、抗疲劳和破断安全性良好、高温性能优良等。以汽车工业为例，在车身及主要零部件、汽车结构件、电动汽车高压电池组件等应用中，复合材料可减轻重量实现汽车轻量化，同时减少碳排放。在飞机工业中，以波音777为例，其机体结构中复合材料仅占到约11%，而且主要用于飞机辅件；但到波音787时，复合材料的使用出现了质的飞跃，不仅数量激增，而且开始用于飞机的主要受力件，如今，波音787的复合材料用量已占到结构重量的约50% 。因此对于复合材料的研究，根据不同需求测试评估各种复合材料的力学性能，就显得尤为重要。今天，我们一起来看看岛津试验机在复合材料力学测试方面的夹具与应用。1 ASTM D6641组合载荷压缩测试复合材料不同于以往的均质材料，具有各向异性，在承受载荷的应力主轴方向呈现出拉伸、压缩、弯曲、向内剪切、向外剪切或兼有上述动向的复杂受力情况。为了提高对所设计产品的性能预测精度，需要采集各种数据，因此，在进行复合材料试验时，对于分别测量各断裂现象的试验方法的要求越来越高。例如根据标准ASTM D6641的组合载荷压缩（CLC）试验（如下图）是一种具有剪切和端面载荷组合的试验方法，提供了实现强度评估的同时进行弹性模量的测量。点击查看视频：https://mp.weixin.qq.com/s/6xI_kByFbXRV7nm8g6MJOw2 ASTM-D6484 开孔压缩强度测试碳纤维增强塑料（CFRP）以其强度高、重量轻等优点，在航空航天领域得到了广泛的应用。碳纤维具有优良的强度特性和高刚度特性，但在开孔时会损失很大的强度。复合材料零部件实际使用中，常需要开孔与别的部件连接。因此，飞机上使用的复合材料，必须对中心切出一个孔的试样的试验进行评估。我们根据ASTM-D6484对碳纤维塑料进行了开孔压缩试验。点击查看视频：https://mp.weixin.qq.com/s/6xI_kByFbXRV7nm8g6MJOw3 ASTM-D7078 V型切口剪切测试为了减少试制次数，降低新产品开发的成本，计算机辅助工程（CAE）分析被广泛应用。为了提高对所设计产品的性能预测精度，需要采集各种数据，因此，在进行 CFRP 试验时，对于分别测量各断裂现象的试验方法的要求越来越高。评价复合材料的试验方法有多种。其中，作为面内剪切试验方法，以纤维强化复合材料的纤维方向或织物层压材料为目标，在设有缺口的样片上取非对称的 4 个点加载弯曲负荷的Iosipescu法（ASTM D5379），以及在±45&ring 的层压材料上加载拉伸负荷的方法（ISO 14129）最为普及。本次试验使用 V-Notched Rail Shear 法（ASTM D7078），能够稳定进行面内剪切试验。另外，因样片的测量部位较大，可同时适用于无孔样片及短纤维系列 CFRP 层压材料的测量。点击查看视频：https://mp.weixin.qq.com/s/6xI_kByFbXRV7nm8g6MJOw4 其他复合材料测试夹具展示结语岛津标准试验机，试验载荷从 1 N到600KN不等，可适应各种样品，如橡胶、塑料、复合材料、金属、木材、玻璃陶瓷等材料的板、棒、线、绳等样品。本文介绍了岛津试验机在复合材料测试中主要夹具。另外，岛津夹具设计团队还可以根据特殊需求和标准，设计、定制夹具，以满足复合材料行业客户需求，提高复合材料的研究深度和应用广度，同时助推产业结构优化升级，实现绿色发展。撰稿人：杨汉章本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。如需深入了解更多细节，欢迎联系津博士 sshqll@shimadzu.com.cn