Un,Technologie analytique de pointe pour les matériaux en fibre de carbone

L'analyse de pointe vise à comprendre la composition, la structure et les relations de performance de la fibre de carbone et de ses matériaux composites à l'échelle micro / nanoscopique, fournissant une base pour la conception des matériaux, l'optimisation des processus et l'analyse des défaillances.

1. Caractérisation des micro et Nanostructures

Microscope électronique à transmission à haute résolution: peut observer l'arrangement des Microcristaux de graphite à l'intérieur de la fibre de carbone, les défauts, les pores et la structure de phase interfaciale, est un outil central pour étudier la structure de la fibre de carbone "peau - noyau", le degré de graphitisation.

Microscopie à force atomique: utilisée pour caractériser la topographie de surface des fibres, la rugosité, ainsi que les propriétés nanomécaniques (telles que la distribution du module) dans les régions interfaciales.

Diffusion de rayons X petit / grand angle: l'analyse non destructive de la taille, de la distribution des trous microporeux dans les fibres de carbone, ainsi que de l'orientation et de l'espacement des couches des cristallites de graphite, est essentielle à l'étude des processus de pré - oxydation et de carbonisation.

2. Composition et analyse de l'état chimique

Spectroscopie photoélectronique aux rayons X: l'analyse précise de la composition élémentaire et de l'état des liaisons chimiques (par exemple C - C, C - O, c = o) à la surface de la fibre est l'étalon - or pour évaluer l'efficacité du traitement de surface et la compatibilité interfaciale.

Spectroscopie Raman: caractérisation rapide et non destructive du degré de graphitation, de la taille des grains et des contraintes internes des fibres de carbone par rapport aux intensités des pics D (pics de défauts) et G (pics de graphite).

Temps de vol spectrométrie de masse ionique secondaire: fournit des informations élémentaires et moléculaires sur la surface polaire (plusieurs nanomètres de profondeur), très sensible à l'étude de la distribution de l'agent d'enrobage, chimie interfaciale.

3. Interface et analyse de structure 3D

Tomographie par micro - ordinateur: l'acquisition non destructive d'informations structurelles tridimensionnelles telles que la direction interne des fibres, les pores, les fissures, les zones d'enrichissement en résine et d'autres matériaux composites, avec des résolutions allant jusqu'à l'échelle submicronique, est la clé pour étudier l'évolution des défauts de fabrication et des dommages.

Faisceau d'ions focalisé - microscope électronique à balayage système à double faisceau: découpe et reconstitution tridimensionnelle avec précision nanométrique de zones spécifiques peuvent être effectuées, révélant intuitivement les mécanismes de défaillance microscopiques tels que le décollement de l'interface, la rupture des fibres, etc.

4. Tendances de pointe: Multi - échelle, in situ et intelligent

Analyse d'association Multi - échelle: Combinez les techniques décrites ci - dessus à différentes échelles pour établir une chaîne complète de compréhension allant de l'arrangement des atomes aux propriétés macroscopiques.

Tests in situ: dans un appareil TEM, SEM ou μct, les échantillons sont soumis à des opérations de traction, de chauffage, etc., en observant l'évolution de la structure en temps réel avec les changements de performance, reliant « processus - structure - performance».

Intelligence artificielle et Big Data: utilisez des algorithmes de machine learning pour traiter des images microscopiques massives, des données spectrales, identifier rapidement les caractéristiques, prédire les performances, optimiser les paramètres du processus.

II. Introduction aux essais mécaniques des matériaux composites en fibre de carbone

Les essais mécaniques sont la base pour vérifier les propriétés des matériaux et assurer la sécurité de l'ingénierie. Les essais des composites en fibre de carbone présentent des particularités en raison de leur anisotropie et de leur complexité.

1. Essai de performance mécanique de base

Test de traction: détermination de la résistance à la traction longitudinale / transversale, du module et du rapport de poisson. La clé réside dans les pinces spéciales et la technologie de mesure de déformation.

Test de compression: difficulté supérieure à l'étirement, prédisposition à la déstabilisation. Les méthodes couramment utilisées comprennent la méthode de serrage celanese et la méthode de chargement par cisaillement, qui assurent le soutien des extrémités et empêchent le flambage.

Test de flexion: trois ou quatre points de flexion, simple et facile, mais l'état de stress est complexe, plus utilisé pour le contraste de la qualité du processus.

Essai de cisaillement dans la surface: couramment utilisé ± 45 ° méthode de traction axiale partielle ou méthode de cisaillement orbital, obtenir la courbe de contrainte de cisaillement - déformation.

Test de cisaillement intercalaire: méthode de cisaillement à poutre courte pour une évaluation rapide de la force de liaison interfaciale des fibres à la matrice.

2. Essai avancé et spécial

Test de ténacité à la rupture:

Résistance à la rupture inter - couches mode I: avec des éprouvettes à double poutre Cantilever.

Ténacité à la rupture intercalaire mode II: utilisez la flexion de l'ouverture d'extrémité ou la flexion de l'entaille d'extrémité de l'échantillon.

Utilisé pour évaluer la résistance des matériaux composites aux extensions stratifiées.

Essais de fatigue: étude de la dégradation des propriétés, de l'accumulation des dommages et de la prédiction de la durée de vie des matériaux sous charge cyclique. Attention à la fréquence, au rapport de charge et aux facteurs environnementaux (température, humidité).

Test de compression post - Impact: l'échantillon est d'abord soumis à un impact de chute d'une énergie spécifiée, causant des dommages internes invisibles, puis sa résistance à la compression restante est testée. Il s'agit d'un indicateur central pour évaluer la résilience des matériaux dans le domaine de l'aérospatiale.

Test de traction / compression à pores ouverts: évalue la sensibilité des composites à des concentrations de force telles que les trous de boulonnage, directement en ce qui concerne la conception de la connexion.

3. Tester les principaux défis et les frontières

Normalisation par rapport à la comparabilité: des normes, des tailles d'éprouvettes et des gabarits différents peuvent entraîner des résultats différents et les tests doivent suivre strictement les normes.

Techniques de mesure de déformation:

Technologie liée à l'image numérique: la mesure de déformation à champ complet sans contact, qui peut afficher visuellement la concentration de déformation, l'effet poisson et la déformation complexe, est devenue un courant dominant de pointe.

Capteur de réseau à fibre optique: peut être enterré à l'intérieur du matériau composite pour la surveillance de la santé structurelle et les tests in situ.

Test de couplage Multi - Champs: en même temps que la charge mécanique, appliquez des conditions environnementales telles que la chaleur, l'humidité, l'ultraviolet, les milieux chimiques et autres, simulez un environnement de service réel.

Tests automatisés et à haut débit: combinez des plateformes robotiques, de vision industrielle et d'analyse de données pour accélérer l'évaluation des performances et le criblage de nouveaux systèmes de matériaux.