[发明专利]一种紧凑型复合材料界面剪切强度测试装置及利用其测试复合材料界面剪切强度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料界面剪切强度测试装置及测试复合材料界面剪切强度的方 法。

背景技术

随着航空航天、大低温工程、超导技术和医疗服务等低温领域的快速发展，复合材料 在低温环境中的应用也越来越广泛，包括在低温环境下使用的各种结构、支撑、连接等构 件等，同时也对这些结构件的力学性能提出了各种苛刻的要求，如在空间环境中，温度变 化较大，其中卫星在地球面向太阳的一侧和背向太阳的一侧运行时，需要航天器结构在 90K～600K范围内具有优异的的力学性能和抗热振性能；低温燃料贮箱所处环境为一般 为极低温条件(20K-77K)，因而需要复合材料在极低温环境下仍具有足够的承载能力。复 合材料在低温环境下的力学性能对其在低温工程结构中使用时的可靠性和安全性有着重 要影响，因而，为了合理的设计复合材料结构件并保证其工程使用中的安全性，开展低温 环境复合材料的力学性能研究具有十分重要的意义。

树脂基体与纤维间的界面相是复合材料中极为重要的微观结构，它不但是复合材料中 增强相与基体相的连接纽带，也是应力传递的桥梁。因此深入研究低温环境下纤维增强复 合材料界面的应力传递行为对宏观力学性能的影响规律，精确表征低温环境下界面结合情 况，并进行定量描述，是提高复合材料性能的关键。迄今为止，微脱粘界面剪切强度测试 方法是唯一能对实际待测复合材料样品进行纯粹界面强度定量测定的先进技术。由于现有 微脱粘测试装置体积过大，难以在低温环境腔内集成，所以目前还没有关于将其用于低温 环境复合材料界面剪切强度的测试。

发明内容

本发明的目的是要解决现有唯一能对实际待测复合材料样品进行纯粹界面强度定量 测定的微脱粘测试装置因体积过大，难以在低温环境腔内集成，不能用于测量低温环境中 复合材料的界面剪切强度的问题，而提供一种紧凑型复合材料界面剪切强度测试装置及利 用其测试复合材料界面剪切强度的方法。

一种紧凑型复合材料界面剪切强度测试装置，包括固定基座、微拉伸测试系统和微滴 夹持系统；

所述的微拉伸测试系统包括x向压电陶瓷位移平台、微应力传感器、第一纤维夹具和 第二纤维夹具；

所述的微滴夹持系统包括第一y向压电陶瓷位移平台、第二y向压电陶瓷位移平台、 第一微型刀具和第二微型刀具；

所述的x向压电陶瓷位移平台、第一y向压电陶瓷位移平台、第二y向压电陶瓷位移 平台、第一纤维夹具和第二纤维夹具分别安装在固定基座上；

所述的微应力传感器的一端与x向压电陶瓷位移平台相连接，微应力传感器的另一端 与第一纤维夹具相连接；

所述的微型刀具固定在第一y向压电陶瓷位移平台上，第二微型刀具固定在于第二y 向压电陶瓷位移平台上，且第一微型刀具和第二微型刀具的两个刀口对位安装。

利用一种紧凑型复合材料界面剪切强度测试装置测试复合材料界面剪切强度的方法， 是按以下步骤完成的：

一、制备界面剪切强度测试试样：

将纤维单丝固定在硬纸板上，再将树脂胶液涂覆在纤维单丝中间的一段纤维单丝上， 再将涂覆有树脂胶液的纤维单丝进行固化，得到一段表面带有树脂微滴的纤维单丝，即为 界面剪切强度测试试样；

二、界面剪切强度测试：将界面剪切强度测试试样固定在第一纤维夹具和第二纤维夹 具上，再调整微滴夹持系统，使第一微型刀具和第二微型刀具夹持住纤维单丝上的树脂微 滴；记录纤维单丝的直径D，再记录纤维单丝埋在树脂微滴内的长度L，利用微拉伸测试 系统对纤维单丝进行拉伸，直至树脂微滴与纤维单丝脱粘，利用微应力传感器记录最大载 荷应力F；

三、根据以下以下计算公式计算复合材料界面剪切强度τ；

τ=FπDL;]]>

其中，D为纤维单丝的直径，单位为μm；L为纤维单丝埋在树脂微滴内的长度，单 位为μm；F为树脂微滴与纤维单丝脱粘时的最大载荷应力，单位为mN；π为圆周率；τ 为复合材料界面剪切强度，单位为MPa。

本发明的优点：