[实用新型]一种与纳米压痕仪配套使用的纤维顶出实验装置

说明书

本实用新型提供一种与纳米压痕仪配套使用的纤维顶出实验装置，实验试样为树脂基碳纤维复合材质的圆片形制件，所述实验装置包括用于放置实验试样的平台以及设置在所述实验试样上方的压头，所述压头固定连接在纳米压痕仪的驱动轴上并通过该驱动轴实现水平和竖直移动，在所述平台的上表面设置有一个长条形的用于容置实验试样中纤维被顶出部分的凹槽，所述凹槽位于实验试样的下方且其长度大于实验试样的直径，所述压头为上大下小的圆台结构，所述压头较小一端的直径d为4～5μm，高度h为9～12μm，锥度角α为15°～30°。所述实验装置结构简单，配合纳米压痕仪使用可将复合材料中的纤维快速便捷地顶出，实现对复合材料界面性能的检测。

技术领域

本实用新型涉及复合材料制造检测技术领域，具体地，涉及一种与纳米压痕仪配套使用的纤维顶出实验装置，该装置尤其适用于T800\x850复合材料的纤维顶出实验。

背景技术

复合材料的界面性能对材料的整体性能有很大影响，因此需要对其界面性能进行准确的表征，包括对界面结构的分析以及对界面结合强度的测定。目前，已有针对性的实验方法可用来定量或半定量地测出复合材料界面的粘接强度，这些数据值可被用于复合材料宏观设计和估算损伤残余刚度及寿命等方面的研究。实验方法如下：

(1)纤维单丝抽拔法：将单纤维包埋在基体片中，待固化后将单纤维从基体片中缓慢拔出，记录下纤维被拔出时所需的力，即可得到复合材料界面的抗剪切强度；为了使单纤维从基体中顺利拔出而不至于发生纤维断裂，必须使纤维埋入基体中的长度适当，此时可以采用微珠法，即在单纤维表面滴上基体材质形成微珠从而得到较小的包埋长度。

(2)临界纤维长度法：在长方形条状试样内的中心位置处沿长度方向埋入一根纤维，在试样两端施加拉伸载荷，由于界面的作用，载荷被传递至纤维本身并使得纤维沿长度方向发生连续断裂，这一现象会持续到小段纤维周围的界面不能再传递任何载荷使纤维发生进一步断裂时为止；理论上称这些小段纤维中最大一段的长度为临界长度，而在实验中往往选取各小段平均长度的3/4作为临界长度值，利用该临界长度值可计算出复合材料界面的抗剪切强度。

(3)微脱粘法：在基体片中包埋一根短纤维，当基体片收到外部压力时，由于纤维和基体的弹性特性不同，在二者的粘接界面处将产生剪切应力或拉伸应力，使得纤维单体在某一局部与基体间产生分离，通过分析纤维刚刚脱粘时的外加应力即可推算出复合材料界面的抗剪切强度或抗拉伸强度。

目前，实验室中常用的是第一种纤维单丝抽拔法，由于试验试样的体积小、厚度薄且其内预埋的单体纤维的直径仅有几个微米，加之微珠法虽然能够得到包埋长度合适的纤维但也存在妨碍观察实验中界面脱粘过程的缺点，因此为了确保实验试样的完整性以及纤维的顺利脱出，同时也为了便于操作，可以考虑采用纳米压痕仪将纤维部分顶出(1～3μm)的方法，同时纳米压痕仪可以时时记录其顶出时压头所受的压力及时间数据，但目前市面上没有专门配合纳米压痕仪在高性能树脂基碳纤维复合材料的界面性能研究中使用的实验平台和压头。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用便捷且与纳米压痕仪配套使用的纤维顶出实验装置，以解决背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种与纳米压痕仪配套使用的纤维顶出实验装置，实验试样为树脂基碳纤维复合材质的圆片形制件，其特征在于，所述实验装置包括用于放置实验试样的平台以及设置在所述实验试样上方的压头，所述压头固定连接在纳米压痕仪的驱动轴上并通过该驱动轴实现水平和竖直移动，在所述平台的上表面设置有一个长条形的用于容置实验试样中纤维被顶出部分的凹槽，所述凹槽位于实验试样的下方，所述压头为上大下小的圆台结构。

优选地，所述压头较小一端的直径d为4～5μm且其高度h为9～12μm，所述压头的锥度角α为15°～30°。

优选地，所述凹槽的长度大于实验试样的直径，通过凹槽两端伸出部分的位置可确定凹槽被实验试样遮挡部分的位置，以便于在实验试样上找准压头下压的范围。