近年來，復合材料因其獨特的性能，在各科學技術(shù)領(lǐng)域中的應用越來越多，特別是在飛機、汽車、國防和航空航天，以及其他先進行業(yè)領(lǐng)域。但是由于復合材料的非均質(zhì)性以及增強材料的耐磨性，導致復合材料的加工及測試成為一項非常復雜的工作。在應用過程中，對于復合材料制備的工件，尺寸精度和表面質(zhì)量的要求非常高，因此非常有必要去了解其加工及測試過程中涉及的問題。

為了更好的了解復合材料加工及檢測最新的技術(shù)及解決方案，DT新材料特邀北京共贏聯(lián)盟國際科技有限公司（以下簡稱“北京共贏聯(lián)盟”）楊立強總經(jīng)理進行交流探討，本文根據(jù)專訪內(nèi)容整理編輯。

楊立強

北京共贏聯(lián)盟國際科技有限公司總經(jīng)理

2006年創(chuàng)辦了北京共贏聯(lián)盟國際科技有限公司，從事復合材料行業(yè)和生物醫(yī)學行業(yè)的國外先進技術(shù)引進和推廣。在先進復合材料樣件加工、高分子材料研磨分散與膠體穩(wěn)定性測試、樹脂基復合材料特性分析、粘附力與粘結(jié)強度測試分析、醫(yī)學硬組織病理實驗技術(shù)等方面逐步形成了完整的先進技術(shù)解決方案和品牌產(chǎn)品體系。

楊總，您好。我們都知道復合材料加工對于復合材料行業(yè)而言至關(guān)重要，針對于復合材料樣件加工這一塊，你覺得有哪些問題是需要重點關(guān)注的？?

復合材料的性能是至關(guān)重要的，測試樣件的加工質(zhì)量決定了性能測試的準確性和可靠性。比如：復合材料層合板的力學性能測試，它的關(guān)鍵是測試樣件的加工技術(shù)要適應不同類型的復合材料，而且加工質(zhì)量要符合ASTM或ISO等標準的要求。比如切面平行度、垂直度、尺寸精度、打孔精度、內(nèi)外表面或端面質(zhì)量等。目前我們能夠提供的技術(shù)包括金剛石帶鋸切磨技術(shù)，金剛石外緣式盤鋸切磨技術(shù)，銑削技術(shù)和鉆孔技術(shù)。市面上還有研磨技術(shù)、水切割技術(shù)、激光切割技術(shù)。水切割和激光切割在適應切割材料方面和切割質(zhì)量方面還是存在許多硬傷問題。

?復合材料加工件，圖片來源：北京共贏聯(lián)盟

要解決好這些問題，首先是針對加工材料來選擇什么樣的技術(shù)和設備，才能適應復材力學性能測試需要的矩形樣件，包括增強件的加工，薄切片，或各種異形樣件加工、打孔；其次是固定樣件加工時不移位，并且要選擇適合對應的切割刀具和工藝來保證切割質(zhì)量，如矩形樣件切割時，復材板基準邊的零點定位切割很關(guān)鍵；第三是對于大型生產(chǎn)企業(yè)的復合材料質(zhì)控檢驗，如何解決多批次大批量且又符合ASTM標準的高效率加工問題；第四是切割軟性和硬質(zhì)復合（或鑲嵌）的材料，選擇進給力的方式很關(guān)鍵，否則很容易損傷軟硬材料之間的結(jié)合面；第五是要根據(jù)用戶用于研發(fā)還是質(zhì)控檢驗的目的，來為用戶提供性價比合適的技術(shù)解決方案。

針對上述問題，我們目前可以為用戶提供多種品牌的、可供選擇的樣件加工技術(shù)和設備。例如德國EXAKT系列機械式金剛石復材試樣切割帶鋸；美國LABCUT5000系列復材板樣件切割數(shù)控圓盤鋸；德國DRAMET金剛石數(shù)控帶鋸和數(shù)控線鋸；德國ISEL異形件數(shù)控銑鉆機床等。從加工樣件的形狀上，可以加工矩形樣件，啞鈴型、V型口、槽型口、臺階型、錐形等異形樣件以及打孔；加工的復合材料包括碳纖維、玻纖、芳綸、金屬基復合材料、蜂窩復合材料、礦物質(zhì)復合材料、納米復合材料、增材、橡膠復合材料等。既有解決實驗室研發(fā)用小批量的樣件加工設備；又有滿足質(zhì)控檢驗需要的大批量多批次高效率的加工需求設備。上述設備均適應干切或濕切方式，配套了干切除塵、冷卻過濾系統(tǒng)和激光定位系統(tǒng)。

復合材料加工設備，圖片來源北京共贏聯(lián)盟

我看到您公司的先進復合材料樣件加工機床有非常多的系列用到了金剛石材料的刀具或帶鋸，您可以介紹下金剛石刀具相比于其他的刀具有哪些優(yōu)勢么?

先進復合材料具有質(zhì)量輕，比強度和比模量高，耐疲勞性能好、耐高溫，耐腐蝕等優(yōu)勢。但是，又具有非均質(zhì)性，各向異性、纖維縱向和橫向強度差異性、層合板層內(nèi)或?qū)娱g強度差異性、導熱性差等特點。機加工時，碳纖維增強復合材料主要發(fā)生脆性斷裂，尤其是碳纖維容易被切碎，而且由于纖維具有高剛度，因此會對刀具產(chǎn)生高磨蝕性，產(chǎn)生大量的切削熱以及磨損；纖維取向?qū)τ诮佑|面的相互作用也有著重大影響。另一方面，樹脂基體性能較弱，機加工時夾層斷裂易造成分層。樹脂與纖維之間存在復雜的內(nèi)部相互關(guān)系，機加工時，容易產(chǎn)生纖維拉絲、脫落，分層，毛刺、撕裂、崩口、斷裂等問題，加之力學性能測試對樣件的切面平行度、垂直度、尺寸精度、表面質(zhì)量等有標準要求，導致加工質(zhì)量難以保證。

所以，復合材料加工的首要原則，也就是第一點，務必選擇復材專用非金屬加工機床和金剛石涂層刀具，才能有效解決上述加工問題。我們的設備均屬于專用非金屬加工機床類，采用金剛石涂層刀具，包括有金剛石涂層帶鋸條、金剛石涂層圓盤鋸、金剛石涂層專用銑刀等。

第二點，金剛石材料的刀具非常適合非金屬材料加工，其切割、銑削、鉆孔的過程實際上是很精確的打磨過程。

第三點，金剛石涂層刀具能夠最大程度的減少刀具在加工過程中的應力或軸向分力。通過打磨，使被切割的材料脆性斷裂為粉末狀或絮狀，從而抑制纖維分層、翻邊、毛刺、撕裂等現(xiàn)象，切實保障高質(zhì)量的切割表面。

第四點，金剛石與一些有色金屬之間的摩擦系數(shù)比其他刀具都低，摩擦系數(shù)低，加工時變形小，可減小切削力。

還有很多其他的技術(shù)因素，像金剛石的導熱系數(shù)及熱擴散率高，切削熱容易散出。還具有較低的熱膨脹系數(shù)等。再就是通過潤滑冷卻液或氣冷+微量冷卻液等不同的方式解決打磨過程中的產(chǎn)熱問題。

針對纖維增強樹脂基復合材料，比如我之前接觸過的芳綸纖維復合材料，非常難以加工，加工過的位置也有非常多的毛邊，很難處理。針對芳綸纖維復合材料這種特別難以加工而且后處理非常麻煩的產(chǎn)品，您這邊有比較好的加工方案么？

有??！如果是實驗室研發(fā)或小批量的質(zhì)控檢驗，可以選擇德國EXAKT系列金剛石復材試樣切割機，需要配套0.3厚度且鉆石粒徑大于180以上的金剛石涂層環(huán)形鋸條。

如果是較大型生產(chǎn)企業(yè)多批次大批量高效率加工，則可以選擇美國LABCUT5000系列數(shù)控圓盤鋸，配置專用于切割芳綸的金剛石涂層鋸片。還可以選擇德國DRAMET數(shù)控帶鋸，配的也是大粒徑的金剛石涂層環(huán)形鋸條。異形樣件切割和打孔，可以選擇德國ISEL數(shù)控銑鉆機床，也需要配置適用于芳綸的專用銑刀。另外，芳綸纖維材料也分各種不同。不能采用濕式切割的，可以采用干式切割，配套氣冷和排塵系統(tǒng)。

目前，GB/T32788和HB7736.5-2004在預浸料性能試驗方法中，關(guān)于樹脂含量的測定采用萃取法、溶解法和灼燒法，而貴公司正在推廣一種低場核磁共振技術(shù)測定樹脂含量的新方法，有怎樣的技術(shù)特點和優(yōu)勢？測試結(jié)果與國標或行標方法的測試結(jié)果吻合性如何？

是的，去年以來，我們的確全力推廣應用低場核磁共振技術(shù)的樹脂含量測試儀，這是我們國家級的先進技術(shù)。去年以來為典型客戶作了許多試驗。儀器為紐邁ResMR25樹脂含量測試儀，主要用于玻璃纖維和碳纖維復合材料的樹脂含量測試。其技術(shù)先進性和優(yōu)勢體現(xiàn)在如下方面：

1. 快速：單個樣品測試一般1分鐘即可完成測試；

2. 環(huán)保：測試不需要有機試劑；

3. 方便：樣品按要求放入樣品管，點擊測試按鈕即可完成，無需復雜操作與處理；

4. 簡單：沒有其他耗材，基本不需要維護；

5. 準確：可重復測試，且重復性小于1%以內(nèi)。

目前，已經(jīng)在國內(nèi)一些復材企業(yè)，包括軍品生產(chǎn)企業(yè)使用了該技術(shù)，通過對標國標和行標方法進行的驗證性試驗，測試結(jié)果準確性誤差范圍達到±0.2%。結(jié)果的吻合性很好。該項先進技術(shù)儀器通常用于研發(fā)和質(zhì)控檢驗。

樹脂基復合材料界面性能對復合材料整體的性能影響非常大，復合材料的韌性、耐熱性、壓縮等性能都與界面性能相關(guān)。您這邊有哪些設備可以用來測試界面性能的？有怎樣的優(yōu)勢？

我們有一款紐邁ComMR25復合材料界面特性分析儀，也是采用低場核磁共振技術(shù)，專用于復合材料顆粒表面改性程度評價，漿料分散性與穩(wěn)定性評價，顆粒與介質(zhì)之間親和性評價，顆粒質(zhì)量控制與分散工藝研究，懸浮液體系顆粒相對比表面積評價等。依此技術(shù)可以優(yōu)化配方，改進工藝。整個測試過程不超過3分鐘，原樣測試，不受傳統(tǒng)光學顏色、外觀、形狀影響。不需要使用任何額外化學物質(zhì)。

發(fā)展一種有效而又方便的實驗方法，用以檢測復合材料中增強體與界面之間的結(jié)合程度和外負載下的力學行為，始終是許多復合材料研究工作者追求的目標。您單位有關(guān)注到這一塊么？是否有相應的測試儀器可以解決研究工作者的這個需求？

我們北京共贏聯(lián)盟早就注意到了這個需求，主要是在粘附力和粘結(jié)強度測試方面。相比較于目前傳統(tǒng)的各種標準測試方式，我們從德國引進了有效而又方便的新技術(shù)測試方法，儀器為LUMiFrac 粘附力分析儀。去年開始投放中國市場。它是一種創(chuàng)新的粘結(jié)強度分析儀器，采用了離心力來檢測帶溫度控制的粘結(jié)強度以及剪切強度，并以一個絕對的物理量（N/mm2）作為測試結(jié)果。該儀器放置試樣簡單，不需要固定樣品或特殊注意事項。采用先進的CATT（離心式粘合測試）技術(shù)，通過對測試樣品逐步增加離心力（增加方式有轉(zhuǎn)速線性增加，離心力線性增加，階梯式增加，正弦波震蕩）來實現(xiàn)測試。測試結(jié)果取決于在分離瞬間的轉(zhuǎn)速。獨特的測樣方法能同時測試8個樣品，并達到一個無與倫比的精度，同時減少了85%的測量時間。測試過程的所有數(shù)據(jù)都被傳輸?shù)椒治鲕浖EPView，它將自動計算并顯示分離瞬間的臨界力度。測試結(jié)果符合ISO等相關(guān)標準。研究工作者能夠應用于附著力強度（包括層間附著力強度）測試、剪切力測試、粘附力疲勞測試、表面改性評價等。包括：

1. 為質(zhì)量控制而設置的標準化的快速測量，粘結(jié)面的拉伸和剪切強度測試，如氰基丙烯酸酯、環(huán)氧膠粘劑、聚氨酯、多種物質(zhì)化合物、膠帶、密封；

2. 涂層粘結(jié)強度的測定，如防腐蝕涂料、裝飾涂料、金屬化聚合物、光學涂層；

3. 復合材料相互連接或輕質(zhì)結(jié)構(gòu)膠接測定；

4. 表面處理效果測定；

5. 長期疲勞試驗測定，如交變載荷、不同溫度等。

應用案例有：化學表面改性對提高聚合物粘附力的作用評價；橡膠涂層與金屬基材的附著力研究；隱身涂料涂層附著力研究；風力渦輪機涂層的附著強度研究；快速評價醫(yī)用仿生膠黏劑和硬組織粘結(jié)劑的粘結(jié)強度；骨修復表面涂層粘著力評價等。

同時，與之配套的還有德國LUM系列分散體穩(wěn)定性分析儀。主要用于分散體或膠體的穩(wěn)定性分析與顆粒表征。能夠直接、快速和客觀地描述任何分離現(xiàn)象。比其他方法快5000倍即可獲得可靠的穩(wěn)定性信息。無需知道材料性質(zhì)即可了解粒徑信息。適應較寬泛的粘度范圍；可同時測試分析12個不同樣品，提供7種分析手段和產(chǎn)品各種性能特征圖譜。應用方向包括：磨料磨具/炭黑/碳納米管色膏/精細化學品/燃料電池/石墨烯/納米分散體/聚合物/以及更多液態(tài)和膏狀分散體系的材料。應用案例包括：膠粘劑穩(wěn)定性分析和力度表征；快速評估新型納米碳材料作為潤滑油添加劑的可能性；快速評估碳纖維施膠劑分散體的穩(wěn)定性等。

關(guān)于北京共贏聯(lián)盟

北京共贏聯(lián)盟國際科技有限公司成立于2006年11月，專注于提供先進復合材料樣件加工技術(shù)、高分子材料研磨分散與膠體穩(wěn)定性測試技術(shù)、樹脂基復合材料特性分析技術(shù)、粘附力與粘結(jié)強度測試分析技術(shù)等整體解決方案。擁有眾多世界著名或獨特的品牌產(chǎn)品系列。在北京擁有中心實驗室，可提供復材樣件加工、粘附力測試分析和植介入生物材料動物實驗病理學評價等技術(shù)服務。同時還有多家合作實驗室，包括EXAKT分散研磨技術(shù)實驗室（無錫），NIUMAG核磁共振技術(shù)應用實驗室（蘇州），LUM分散體系穩(wěn)定性測試分析技術(shù)實驗室（蘇州），ISEL復材異形樣件銑鉆加工技術(shù)體驗中心（蘇州）。