強芯氈性能測試技術：核心指標與檢測方法解析

導言
在復合材料增強領域，芯材性能直接決定了最終制品的結構強度和穩定性。作為關鍵的輕質增強材料，其性能測試體系是保障產品質量與應用可靠性的基石。一套科學、嚴謹的測試流程，為材料選型、工藝優化及終端應用提供了不可或缺的數據支撐與技術保障。

一、基礎物理性能測試：基石所在

物理性能是評價材料的基礎維度，直接關系到其在結構中的功能實現：

• 克重與厚度均勻性：

  • 測試方法： 依據標準裁樣（如100mm x 100mm），精密天平稱重計算單位面積克重（g/m²）。多點測量厚度，計算平均值與標準差。
  • 核心意義： 確保材料批次一致性，影響最終產品的面密度、力學性能及成本控制。不均勻性可能導致局部強度薄弱或樹脂分布不均。

• 密度與孔隙率：

  • 測試方法： 采用阿基米德排水法（如ASTM D792）測定表觀密度。結合理論密度（基體與增強體密度加權），計算開孔、閉孔及總孔隙率。
  • 核心意義： 密度影響輕量化效果，孔隙率則關系到樹脂浸潤性、粘結強度及最終復合材料的力學性能（特別是壓縮與剪切性能）和耐久性（如耐水性）。

• 形態結構穩定性：

  • 測試方法： 顯微觀察（光學顯微鏡或電子顯微鏡），評估纖維分布均勻性、粘結點狀態、纖維卷曲度、有無嚴重缺陷（如大塊樹脂堆積、纖維結團、明顯孔洞）。
  • 核心意義： 直接影響樹脂滲透路徑、浸潤效果及復合材料內部應力分布，是獲得高性能層合板的前提。

二、工藝性能與樹脂適配性測試：制造關鍵

材料在制造過程中的表現至關重要，直接影響生產效率與產品質量：

• 樹脂浸潤速率與效果：

  • 測試方法：
    • 沉降法： 標準樣條垂直浸入樹脂槽，記錄完全浸潤所需時間。
    • 流動槽法： 在特定傾角、壓力下觀察樹脂在材料平面內的流動前沿速度及均勻性。
    • 接觸角測量（有條件時）： 定量表征樹脂對材料的潤濕能力。
  • 核心意義： 快速且均勻的浸潤是確保良好纖維/樹脂界面結合、減少缺陷（干斑、孔隙）的關鍵，直接影響生產效率（如縮短RTM注塑時間、提高LFI效率）和制品性能。

• 鋪覆性與裁剪性：

  • 測試方法： 手工或設備模擬在復雜曲面（如雙曲模具）上的鋪覆表現，觀察是否易發生褶皺、橋接、反彈。評估使用刀具或自動裁床切割時的邊緣整齊度、纖維脫落情況、粉塵產生量。
  • 核心意義： 優異的鋪覆性使制造復雜幾何形狀部件（如船體、風機葉片殼體）成為可能，減少因材料不服帖導致的缺陷或人工修整。良好的裁剪性保障材料利用率與自動化生產效率。

• 工藝兼容性：

  • 測試方法： 在目標生產工藝（如真空導入、RTM、LFI、手糊）條件下制作小型樣板或標準測試件，考察樹脂流動路徑合理性、導流網/管路布置需求、浸潤充分性、脫模難易度、有無鼓泡等。
  • 核心意義： 驗證材料在實際生產環境中的適用性，是材料選型成功的關鍵環節。

三、復合材料層合板性能測試：終極驗證

芯材的最終價值體現在其增強的復合材料綜合性能上：

• 平板層合板制備：

  • 標準化流程： 采用真空袋壓法或模壓法，嚴格按照選定樹脂體系的工藝參數（混合比例、固化溫度、壓力、時間）制作規定厚度和纖維體積含量的平板層合板。確保工藝一致性以減少測試數據離散。
  • 固化度驗證： 通過DSC（差示掃描量熱法）或固化度測試儀確保樹脂完全固化。

• 關鍵力學性能測試：

  • 拉伸性能： (ASTM D3039) 獲取拉伸強度與模量，反映抵抗拉伸載荷的能力。
  • 壓縮性能： (ASTM D6641/D695) 獲取壓縮強度與模量，對承受壓縮載荷的結構尤為重要。
  • 彎曲性能： (ASTM D790) 獲取彎曲強度、模量及載荷-位移曲線，綜合反映材料抗彎能力及韌性。
  • 層間剪切強度： (ASTM D2344 短梁剪切) 評價樹脂基體將載荷傳遞給纖維及抵抗層間分層的能力。
  • 剝離強度： (如浮輥剝離) 評價芯材與上下蒙皮的粘結界面強度。

四、質量控制與檢測規范

確保測試結果可靠、可比是測試工作的核心：

• 標準化操作： 嚴格遵循相關國家標準或廣泛接受的國際標準（如ASTM, ISO）。明確取樣位置、數量、尺寸精度要求。
• 環境控制： 明確測試環境的溫濕度條件（如23±2°C, 50±10% RH），并在該條件下進行樣品狀態調節。
• 數據記錄與分析： 詳細記錄原始數據，計算平均值、標準差、變異系數（CV%），判斷批次一致性。建立內部質量控制圖進行過程監控。
• 常見缺陷識別： 建立標準圖譜或描述：
  • 白斑區： 局部浸潤不良，呈現干纖維發白現象。
  • 富樹脂區/貧樹脂區： 樹脂分布顯著不均。
  • 纖維結團/分布不均： 顯微觀察可見明顯纖維束或稀疏區。
  • 孔洞/空隙： 固化后層合板內部或表面可見氣泡或孔洞。
  • 表面凹陷/凸起： 材料厚度不均或鋪覆問題導致。

強芯氈的全面性能測試構成了從原材料到最終復合材料制品的質量保障鏈條。系統性地評估其物理特性、工藝表現及核心增強效果，不僅為材料選擇和應用設計提供了科學依據，更能有效優化生產工藝、預防潛在缺陷、最大程度發揮復合材料結構的輕量化與高強優勢。持續完善標準化的測試體系，是推動行業技術創新與應用拓展的重要驅動力。唯有深入理解材料特性并將其精確量化，方能在復雜應用中實現穩定可靠的高性能表現。