摘 要

本文將介紹用于復合材料預浸料粘性測試的常用方法以及主要設備。

預浸料粘性測試是指測量用于制造復合材料結構的熱固性復合預浸料的粘性。這些預浸料由一層薄薄的聚合物樹脂（如環氧樹脂）預浸的纖維增強材料組成。預浸料部分固化，使樹脂在室溫下成為粘性固體，這種狀態稱為B階段。

通常，這種預浸料覆蓋有保護膜，并在冷凍柜中成卷儲存，以顯著減緩樹脂的進一步固化。隨著預浸料繼續固化，其表面粘性繼續降低。因此，即使冷凍，復合預浸料通常也有有限的保質期。在制造復合材料結構時，粘性很重要，尤其是在使用自動預浸料鋪層工藝，如自動纖維鋪層（AFP）和自動膠帶鋪層（ATL）時。

預浸料粘性試驗的測試結果可用于多種目的。首先，在材料選擇過程中，測量的粘性可用于對候選預浸料進行定量比較，尤其是用于自動預浸料鋪層操作。其次，粘結測試也可用作預浸料材料驗收測試和生產過程中的質量控制。此外，預浸料的粘性會隨著時間的推移而降低，但會隨著溫度和濕度的升高而增加。因此，影響層壓主要有四個重要因素：壓力、溫度、濕度和冷凍時間，通過測試結果可用于調整固化工藝參數。

直到最近，還沒有標準化的測試方法來測量預浸料的表面粘性。因此，人們通常會使用幾種最初用于評估壓敏粘合劑粘性的測試方法。其中一種稱為滾球粘性試驗的方法包括在斜坡頂部釋放鋼球，在斜坡上放置預浸料層，將球在停止前移動的距離用作預浸料粘性的比較度量。

此外，人們還使用了固定直徑芯軸試驗，在該試驗中，預浸料樣品被包裹在規定直徑的金屬圓柱體上并進行監測，以確定預浸料是否保持附著或脫離圓柱表面。基于探針的粘性試驗使用拉伸試驗機測量將預浸料層與平面圓柱形探針表面壓在一起后分離所需的力。最后，也有使用了型剝離試驗，將兩層預浸料試樣的自由端放入拉伸試驗機的夾具中，并測量剝離各層所需的張力，從而剝離兩層預浸料試樣。

2021年，ASTM International根據諾丁漢大學Crosby等人開發的改進浮動輥剝離試驗方法，對新的預浸料粘性試驗ASTM D83362（圖1）進行了標準化。

圖 1. 安裝有試樣的預浸料粘性測試夾具

該試驗方法旨在表示復合材料行業目前使用的自動復合材料預浸料鋪層工藝，如圖2所示，可以測試柔性預浸料層與第二預浸料層（方法I）或剛性金屬基板（方法II）之間的粘性。

圖 2.預浸料粘性測試樣品配置

在這兩種方法中，預浸帶寬75毫米，長至少215毫米。剛性基板通常為不銹鋼板，寬度為80毫米，長度至少為140毫米。但在這兩種方法中，一部分柔性預浸料層仍被保護膜覆蓋，從而產生兩個不同的試樣區域以供測試。

圖1中的預浸料粘性測試夾具包括兩對相對的25毫米直徑的滾柱，滾柱通過低摩擦軸承連接到夾具主體上。前一對滾輪對準并支撐預浸料試樣。后一輥對預浸料試樣進行壓實，模擬鋪層過程。壓緊力由安裝在下部壓緊輥端部的兩個彈簧施加?？赏ㄟ^旋轉將壓緊彈簧頂部連接至夾具主體的兩個頂升螺釘來調整壓緊力的大小。試驗夾具連接到通用試驗機的底座上，機械虎鉗夾具連接到夾具上方的稱重傳感器上。

測試前，需要進行校準將頂升螺釘的轉數與施加的壓緊力聯系起來。通過將L形鋼支架安裝到上把手中，并將支架的短法蘭直接定位在壓緊輥下方，來執行校準（圖3）。兩個頂升螺釘以相同的轉數遞增擰緊，由此產生的力由稱重傳感器測量，最大為100牛頓。這會繪制一條校準曲線，將頂升螺釘的轉數與產生的壓實力聯系起來。

圖 3. 使用 L 型鋼支架的測試夾具校準程序

為了進行試驗，將組裝好的預浸料試樣插入兩組相對的滾輪之間的試驗夾具中，延長長度的預浸料層位于頂部。預浸料層在彈簧壓緊機周圍向上變形，并插入上把手。當試驗機的上部十字頭升高時，會發生連續的壓實和剝離過程，因為預浸料被壓路機壓在基材上，然后隨著試樣基材通過試驗夾具水平平移而剝離。

在試樣的兩個區域記錄產生的力和十字頭位移。在第一個區域，預浸料被保護膜覆蓋（圖1），僅由于預浸料層的摩擦和彎曲剛度而產生的力減小。在沒有保護膜的試樣第二區域，測得的力還包括預浸料層與第二預浸料層或金屬基底之間的剝離阻力，具體取決于試樣類型。剝離力通過從第二區域獲得的平均力減去從第一區域獲得的平均力來獲得。該剝離力用于測量兩個預浸料層之間（方法I）或預浸料層與基材之間（方法II）的粘性，也可在環境室內進行試驗，以確定溫度和濕度對預浸料粘結的影響。