纤维增强复合材料耐溶剂性检测的层间剥离强度变化测试

纤维增强复合材料（FRP）因轻质高强、耐腐蚀等特性广泛应用于化工、航空、汽车等领域，但其在溶剂环境中的性能稳定性是关键考量因素。溶剂会通过渗透、溶胀或降解作用破坏树脂基体及纤维-树脂界面，导致层间剥离强度下降，直接影响构件安全性。因此，通过测试FRP在溶剂浸泡后的层间剥离强度变化，是评估其耐溶剂性的核心手段，对材料选型与结构设计具有重要指导意义。

纤维增强复合材料层间剥离强度与耐溶剂性的关联原理

层间剥离强度是FRP层间性能的核心指标，定义为单位宽度试样在层间剥离时所需的力（单位：N/mm），由树脂基体的内聚强度与纤维-树脂界面粘结强度共同决定。两者构成了层间剥离的受力载体，任一环节受损都会导致强度下降。

当FRP接触溶剂时，溶剂分子会通过扩散进入树脂基体。对于极性树脂（如环氧树脂），极性溶剂（如丙酮）会与树脂极性基团形成氢键，破坏分子间作用力，引发树脂溶胀——溶胀后的树脂体积增大，内部应力削弱其自身体聚强度。

溶剂还会侵蚀纤维-树脂界面。若纤维未用偶联剂处理或偶联剂相容性差，溶剂会渗透至界面区域，破坏化学键（如硅烷偶联剂与玻璃纤维的Si-O键），降低界面粘结力。例如，未处理玻璃纤维与不饱和聚酯树脂的界面，在丙酮浸泡后粘结强度可下降50%以上。

溶剂作用是动态过程：初始阶段溶剂快速渗透表面树脂，导致强度快速下降；渗透平衡后，溶胀停止，强度下降放缓；若浸泡过久，溶剂可能引发树脂降解（如聚酯酯键在碱中水解），导致分子链断裂，强度再次快速下降。因此，层间剥离强度变化能全面反映溶剂对材料的短期与长期影响。

测试试样的制备与预处理要求

试样制备需严格遵循标准（如GB/T 1457-2005），以单向FRP为例，标准尺寸为150mm（长）×25mm（宽）×2-4mm（厚），纤维方向与长度平行——若纤维方向偏差，会导致剥离时应力集中，结果离散。

成型工艺优先选择真空辅助或热压成型，确保层间致密均匀；手工铺层需用辊筒碾压去除气泡，并施加0.5-1MPa固化压力，避免层间缺陷。试样边缘需用砂纸打磨光滑，去除毛刺，防止测试时应力集中。

预处理核心是去除水分与挥发性杂质：试样需在50℃±5℃真空干燥箱中干燥24小时至恒重（质量变化≤0.1%）；吸水性纤维（如玻璃纤维）需延长至48小时，确保纤维水分完全去除。

预剥离处理（如180°剥离测试）需控制预剥离长度（10-20mm）与层数（2-3层）：过长会导致有效剥离长度不足，过短则初始剥离困难。预剥离用锋利刀片沿纤维方向切割，避免损伤未剥离层——若纤维被切断，测试结果将失去意义。

预处理后试样需存于干燥器，避免吸收空气中水分；若暴露超过2小时，需重新干燥，确保初始状态一致。

溶剂浸泡条件的标准化控制要点

溶剂选择需匹配实际应用场景：化工储罐用FRP测试耐丙酮、甲苯，汽车燃油系统测试耐汽油、柴油；通用评估可选择极性（乙醇、丙酮）与非极性（甲苯、环己烷）溶剂代表。

浸泡温度分室温（25℃±2℃）与加速老化温度（40℃、60℃），加速温度需低于树脂玻璃化转变温度（Tg），避免热降解干扰。浸泡时间需设多时间点（1d、3d、7d、14d、28d），捕捉强度变化趋势——初期溶胀导致强度速降，后期渗透平衡后降速放缓。

浸泡方式需保证试样完全浸没，溶剂体积为试样10倍以上，避免浓度因树脂溶出降低；每天搅拌1次，确保溶剂浓度均匀。浸泡时避免试样与容器壁摩擦，防止机械损伤影响后续测试。

层间剥离强度的测试方法与操作规范

测试需用万能材料试验机，配备180°或浮辊剥离夹具，遵循GB/T 1457-2005或ASTM D1876标准。浸泡后试样需擦干溶剂，在标准环境（25℃±2℃、湿度50%±5%）放置24小时，稳定状态后测试。

180°剥离测试适用于薄试样：将预剥离端固定于上下夹具，确保试样与加载方向垂直；设置加载速率2mm/min±0.5mm/min（速率过块会引发冲击，过慢则树脂蠕变影响结果）；记录力-位移曲线，取连续30mm稳定段平均力作为剥离力（排除初始峰值，避免缺陷干扰）。

浮辊剥离适用于厚（＞3mm）试样：通过浮辊将剥离角度改为近90°，减少试样弯曲应力。操作时浮辊需与试样切线接触，避免摩擦——摩擦会增加剥离力，导致结果偏高。

测试后需观察剥离面：若纤维残留较多树脂（内聚破坏），说明界面强度高于树脂强度，剥离强度反映树脂性能；若纤维无树脂残留（界面破坏），说明界面强度低，剥离强度反映界面性能。通过破坏模式可分析溶剂作用机制——界面破坏对应溶剂侵蚀界面，内聚破坏对应溶剂降解树脂。

数据处理与剥离强度变化率的计算方法

层间剥离强度（σ）计算公式为：σ = F / b，其中F为平均剥离力（N），b为试样宽度（mm），单位N/mm。例如，25mm宽试样平均剥离力50N，则σ=50/25=2N/mm。

强度变化率（Δσ）用于量化耐溶剂性：Δσ = [(σ0-σt)/σ0]×100%，其中σ0为初始强度，σt为浸泡t时间后强度。变化率越大，耐溶剂性越差。

数据需统计分析：计算平均值（μ）、标准差（s）与变异系数（CV=s/μ×100%）。若CV＞10%，需检查误差——试样缺陷、夹具偏差或加载速率不稳均会导致结果离散。

影响测试结果准确性的关键因素分析

试样均匀性：层间气泡、纤维褶皱或厚度偏差会导致局部应力集中，使结果偏低或离散。需用真空成型工艺确保层间致密，边缘打磨光滑避免应力集中。

浸泡一致性：温度、时间或溶剂浓度差异会使结果失去可比性。例如，某试样浸泡温度高5℃，会因溶胀加速导致变化率偏高，误判耐溶剂性差。

操作规范性：加载速率过快会使剥离力峰值偏高，过慢则树脂蠕变导致力值偏低；夹具安装不垂直会产生弯曲应力，影响真实强度。测试前需校准加载速率，用水平仪检查夹具精度。

材料特性：树脂类型（环氧耐溶剂性优于不饱和聚酯）、纤维类型（碳纤维界面粘结强于玻璃纤维）、偶联剂使用（硅烷偶联剂可提升界面耐溶剂性）均会影响结果。例如，环氧基碳纤维FRP在甲苯中浸泡28天，强度变化率仅15%，而不饱和聚酯基玻璃纤维FRP可达40%。