第四章 積層間破壞韌性實驗
4.3 生物型掃描式電子顯微鏡(Bio-SEM)
藉由生物型掃描式電子顯微鏡(Bio-Scanning Electron Microscope, Bio-SEM)型號為 Hitachi S-4700，觀察試片經過破壞韌性測試後之破 壞面，探討玻璃纖維與基材之間附著力及破壞情形。試片處理部分，
將破壞試片經由鑽石切割機切出大小約為50mm*50mm 之正方形，並 且經由濺鍍器濺鍍金箔3 分鐘，使其表面具有良好之導電性，加速電 壓為5kV，並將試片放大至 700 倍觀察破壞面
4.3.1 探討二氧化矽於複合材料板材(延性)之附著力
由掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察試片之破壞面，圖 4.12 為未添加 二氧化矽之試片破壞面，其斷裂面上脫落的纖維十分的乾淨且光滑，
顯示出沒有樹脂結塊附著於玻璃纖維表面，圖 4.13 為添加二氧化矽 含量20wt%之試片破壞面，其表面殘留許多樹脂黏著於玻璃纖維上，
經由 SEM 觀察試片破壞面得知添加奈米級二氧化矽後有效增加基材 與玻璃纖維之間的附著力，從圖 4.12 與圖 4.13 沒有明顯的塑性變形 區，但由數據判斷添加二氧化矽於延性基材會造成基材轉為脆性基 材，而使破壞韌性下降。
4.3.2 探討橡膠及二氧化矽於複合材料板材(脆性)之附著力
經由掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察試片之破壞面，圖 4.14 為未添 加二氧化矽之試片破裂面，其纖維的表面非常的乾淨且光滑，圖4.15 為添加二氧化矽含量20wt%之破裂面，其表面變得略為粗糙之外，並 有許多樹脂黏著於玻璃纖維的表面，其原因為玻璃纖維本身含有矽的 成份，然而添加二氧化矽後增加了基材與纖維之間的黏著力，以及添 加奈米級二氧化矽後造成裂紋成長受到顆粒的阻礙，導致裂紋延伸的 路徑變得更加複雜，而使破壞韌性提升。
圖 4.16 為添加橡膠 CTBN 10wt%之試片破壞面，其基材表面殘 留許多空穴(Cavitations)，這些空穴是由基材中顆粒拔除後殘留下來 的痕跡，當裂紋延伸時造成需要更多的能量來拔除橡膠與基材之間的 黏 著 力 ， 進 而 使 破 壞 韌 性 達 到 提 升 的 效 果 ， 圖 4.16 為
CTBN_10wt%+Silica_10wt%之試片破壞面，由圖顯示添加雙重顆粒 後，其基材表面一樣有許多空穴(Cavitations)產生，然而由圖 4.16 與 圖4.17 並無法判斷出添加二氧化矽後有明顯的差異。
圖4.18 及圖 4.19 分別為 CSR 10wt%及 CSR_10wt%+Silica_10wt%
之試片破壞面，大量的樹脂殘留在纖維上，得知添加 CSR 可以增加 纖維與基材之間的附著力，由於添加CSR 後使得 CSR 受力時造成變 形，然而 CSR 與基材之間由於硬度不相同而產生間隙，造成應力集 中現象使得基材產生塑性變形，使得基材其表面變的更加粗糙(Rough) 以及有許多空穴(Cavitations)等現象產生，此現象和文獻[12]中添加 CSR 後所造成的現象相似，然而這些現象有效抑制裂紋的延伸並且造 成裂紋路徑更加複雜，而使破壞韌性提升，由圖 4.16 與圖 4.18 可以 比較出添加 CSR 後其破壞面不但有許多空穴產生其粗糙現象非常明 顯，並且增加基材與纖維之間的附著力，而證明出添加 CSR 後其破 壞韌性提升比例較CTBN 來的明顯。
統整以上之破壞韌性數據以及參考文獻[24]、[25]破壞韌性結果 顯示於圖4.20，可以由圖中發現當純基材之破壞韌性達到 0.97kJ/m2 時，添加奈米級二氧化矽將會使破壞韌性下降得到反效果，在玻璃纖 維/環氧樹脂奈米複合材料之破壞韌性超過 1.55kJ/m2時，添加奈米級 二氧化矽將會造成破壞韌性下降，然而在第一區域內添加二氧化矽無
論在基材或是複合材料中皆可以有效提升破壞韌性，在第二區域中，
進一步將二氧化矽與 CTBN 混合後造成基材之破壞韌性下降，在玻 璃纖維/環氧樹脂奈米複合材料由於破壞韌性未達到極限值而有增韌 的效果，由第四區域中得知添加CSR 後其破壞韌性達到 1.66kJ/m2， 當二氧化矽與 CSR 相混後其基材與複合材料之破壞韌性皆下降，由 結果發現當基材、複合材料之破壞韌性已經達到極限值後添加二氧化 矽將會得到反效果。