碳纖維復(fù)合材料因其高比強(qiáng)度、高比模量及出色的耐疲勞性能，在航空航天、汽車制造、體育器材等高端領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，這種材料層與層之間的結(jié)合強(qiáng)度——即層間性能，往往是其力學(xué)性能的“阿喀琉斯之踵”。在受到垂直于層合方向的力時(shí)，極易發(fā)生分層（剝離）破壞，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

因此，精確評(píng)估碳纖維復(fù)合材料的層間斷裂韌性，對(duì)于材料研發(fā)、質(zhì)量控制和結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)至關(guān)重要。今天，小編就為大家詳細(xì)介紹一種常用的測(cè)試方法——層間斷裂（剝離）測(cè)試，幫助大家深入理解其原理與操作。

一、測(cè)試原理

層間斷裂測(cè)試，其核心目的是測(cè)量復(fù)合材料層合板的I型層間斷裂韌性（GIC）。I型斷裂也稱為張開(kāi)型斷裂，是最常見(jiàn)且危險(xiǎn)的破壞形式。

測(cè)試通常采用雙懸臂梁（DCB）試樣。其基本原理是：預(yù)制了初始裂紋的矩形試樣，在兩端施加一對(duì)大小相等、方向相反的力，使試樣如同兩根懸臂梁一樣被“撕開(kāi)”。隨著載荷增加，裂紋會(huì)沿著層間擴(kuò)展。通過(guò)連續(xù)記錄載荷和裂紋張開(kāi)位移，我們可以繪制出載荷-位移曲線。結(jié)合特定的數(shù)據(jù)模型，即可計(jì)算出層間斷裂韌性GIC值，該值代表了材料抵抗分層裂紋擴(kuò)展的能力。

二、測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

ASTM D5528 - 《聚合物基復(fù)合材料模態(tài)I層間斷裂韌性標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》

ISO 15024 - 《纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料——模態(tài)I層間斷裂韌性GIC的測(cè)定》

三、檢測(cè)設(shè)備與條件

1、KZ-68SC-05XY萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)

2、定制工裝夾具

上夾具： 為定制工裝，專門設(shè)計(jì)用于牢固夾持DCB試樣的上臂。

下夾具： 采用雙邊鎖緊夾具，同樣用于夾持試樣下臂。這種雙邊設(shè)計(jì)確保了受力均勻，防止試樣在夾持處打滑或損壞。

1. 視頻引伸計(jì)

與傳統(tǒng)接觸式引伸計(jì)不同，視頻引伸計(jì)通過(guò)非接觸式光學(xué)測(cè)量，實(shí)時(shí)追蹤裂紋尖端的張開(kāi)位移。它能更精確地測(cè)量裂紋長(zhǎng)度和張開(kāi)位移，避免了接觸測(cè)量對(duì)試樣造成的干擾。

4、試驗(yàn)條件

樣品名稱： 碳纖維復(fù)合材料

試驗(yàn)溫度： 室溫 (23±2°C)

試驗(yàn)速度： 5 mm/min （該速度在標(biāo)準(zhǔn)推薦范圍內(nèi)，能保證裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展，而非瞬間斷裂）

四、測(cè)試流程

1、試樣制備： 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，從碳纖維復(fù)合材料板上切割出規(guī)定尺寸的矩形DCB試樣。在試樣的一端嵌入一層薄薄的聚四氟乙烯薄膜，以預(yù)制一個(gè)初始裂紋。在試樣兩側(cè)拋光并標(biāo)上精細(xì)的刻度線，便于視頻引伸計(jì)識(shí)別和追蹤裂紋長(zhǎng)度。

2、設(shè)備安裝與校準(zhǔn)

將定制的上、下夾具分別安裝到拉力試驗(yàn)機(jī)的橫梁和基座上。

安裝并校準(zhǔn)視頻引伸計(jì)，確保其視野清晰，能準(zhǔn)確捕捉試樣上的刻度線。

3、裝夾試樣

小心地將DCB試樣的上、下臂分別裝入上、下夾具中，確保試樣對(duì)中，且初始裂紋與加載線對(duì)齊。均勻擰緊夾具，避免過(guò)緊壓碎試樣。

4、開(kāi)始測(cè)試

在控制軟件中設(shè)置測(cè)試參數(shù)，包括試驗(yàn)速度（5mm/min）和終止條件（如載荷下降至峰值的一定百分比或裂紋擴(kuò)展至一定長(zhǎng)度）。

啟動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，橫梁將以恒定速度向上移動(dòng)，對(duì)試樣施加剝離力。視頻引伸計(jì)同步開(kāi)始工作，記錄載荷、位移及實(shí)時(shí)的裂紋長(zhǎng)度。

5、數(shù)據(jù)采集與處理

試驗(yàn)軟件會(huì)自動(dòng)記錄整個(gè)過(guò)程中的載荷-位移數(shù)據(jù)，并生成曲線。

測(cè)試結(jié)束后，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如ASTM D5528推薦的修正梁理論法、柔度法等）將采集到的載荷、位移和裂紋長(zhǎng)度數(shù)據(jù)代入公式，計(jì)算得到材料的I型層間斷裂韌性GIC值。

6、結(jié)果分析

觀察載荷-位移曲線的形狀，可以判斷裂紋擴(kuò)展的穩(wěn)定性（如是否出現(xiàn)“粘滑”現(xiàn)象）。

計(jì)算出的GIC值是評(píng)價(jià)該批次碳纖維復(fù)合材料抗分層性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

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