碳纖維復(fù)合材料中,纖維所占面積與觀察面積之比,稱(chēng)為試樣的纖維體積分?jǐn)?shù)。測(cè)定纖維體積分?jǐn)?shù)的方法有顯微鏡法、化學(xué)消化法和電阻率法等。
顯微鏡法 在復(fù)合材料上取與纖維軸向垂直的截面,并進(jìn)行磨平拋光,用金相顯微鏡攝取兩張放大倍數(shù)不同的照片,在小倍數(shù)照片上測(cè)定觀察面積內(nèi)的纖維根數(shù),在大倍數(shù)照片上測(cè)定單根纖維的平均截面積。纖維所占截面積與觀察面積之比,即為試樣的纖維體積分?jǐn)?shù)Vf:
式中N為觀察面積A(mm2)內(nèi)的纖維根數(shù);Af為單根纖維的平均截面積,mm2。
本方法適用于測(cè)定單向,正交及多向鋪層的纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基、金屬基復(fù)合材料,但不適于織物增強(qiáng)的復(fù)合材料。
化學(xué)消化法樹(shù)脂基復(fù)合材料用強(qiáng)氧化劑在一定的溫度和時(shí)間下,使樹(shù)脂基復(fù)合材料試樣中樹(shù)脂基質(zhì)完全分解而又不過(guò)分腐蝕纖維,采用的強(qiáng)氧化劑為95%~98%的濃硫酸,對(duì)環(huán)氧或聚酯樹(shù)脂消化溫度為220℃,對(duì)酚醛樹(shù)脂則為285℃。
金屬基復(fù)合材料用溶劑在一定的溫度和時(shí)間下使金屬基復(fù)合材料中金屬基質(zhì)完全溶解,又不溶解或很少溶解纖維,對(duì)銅鐵等金屬基質(zhì),采用濃度65%的HNO3溶劑,對(duì)鋁等金屬基質(zhì)采用濃度40%~80%NaOH溶劑,對(duì)鎂、鈦、銅、鐵等金屬基質(zhì)采用濃度5%~10%HCl溶劑。
實(shí)驗(yàn)時(shí)用一定量的純纖維作平行試驗(yàn)。復(fù)合材料中基質(zhì)含量為:
纖維體積分?jǐn)?shù)Vf為:
若纖維被氧化或溶解的質(zhì)量<0.5%,則纖維的損失可忽略不計(jì),纖維體積分?jǐn)?shù)Vf為:
式中W1為試樣初始質(zhì)量;W2為基質(zhì)氧化或溶解后殘余纖維的質(zhì)量;W3為空白試驗(yàn)中纖維的質(zhì)量損失百分?jǐn)?shù);ρf,ρc分別為纖維和復(fù)合材料試樣的密度。
電阻率法該方法適用于單向纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料,纖維體積含量在30%~60%之間。要求纖維呈導(dǎo)電性能,如炭纖維、金屬纖維等,而基質(zhì)是導(dǎo)電性差的環(huán)氧,不飽和聚酯等。復(fù)合材料中纖維的體積分?jǐn)?shù)Vf:
式中ρc為平行于纖維方向的復(fù)合材料試樣的電阻率;ρf為純纖維的電阻率。