靜態(Quasi-static)壓縮實驗

萬能材料試驗機(MTS)做為測試靜態(Quasi_static)的壓縮試驗機 器，經由特製的半球型底座和凸字型之上壓頭組成測試架構(圖 3.20)，半球型底座主要是確保試片表面與上壓頭表面的平行，以避免 試片受力不均勻而產生應力集中現象，夾具與試片上下端皆黏上高強 度之碳化鎢(Tungsten carbide)來保護夾具的表面，其碳化鎢必須先經 過拋光研磨和鏡面之表面處理，以確保表面之平整光滑而不會與試片 接觸面產生阻力，圖 3.21 為現場實驗架構，測試過程中使用位移控 制其應變率為10⁻⁴mm /s，並且分別測試未添加和添加二氧化矽含量 10%、20%、30%於玻璃纖維/環氧樹脂複合材料之試片，其測試試片 之纖維角度包括:0°、5°、10°、15°、90°。

試片之破壞應力可以經由公式求得:

s

s A

= F

σ (3.14)

其中σ_s為破壞應力，F 為試片所承受之壓縮力，A_s為試片的受力 面積。

測試的試片規格和動態測試之試片規格一致(圖 3.11)，實驗過程 經由位移控制，以10⁻⁴mm /s的應變率來執行，並且以每秒紀錄一次 數據的方式來進行測試，並將添加與未添加二氧化矽含量其破壞強度 之數據列於表 3-15 至表 3-18，並將數據平均化後將實驗所得到之數 據之最大值與最小值取平均算出其數據範圍，再進一步計算出添加二 氧化矽含量後所增加之比值(表 3-9 至表 3-13)，最後的結果用柱狀圖 表示(圖 3.22)，可以由柱狀圖發現添加二氧化矽後其破壞強度相較於 未添加時之強度在任一角度都有所提升，當添加二氧化矽含量為30%

時強度提升之比例最為明顯，這個結果和動態測試之結果有相同的趨 勢，並且經由未添加二氧化矽與添加二氧化矽含量30%之試片破壞情 形(圖 3.23 至圖 3.28)來觀察其破壞機制，圖 3.22 為未添加二氧化矽/

添加二氧化矽含量 30%之纖維方向 0°的破壞試片，由於纖維方向 0°

會瞬間產生破裂，而在纖維方向0°中破壞機制分為兩種，其中圖 3.23 (a)和(b)之破壞機制皆屬於微挫屈破壞機制，在試片表面上產生一道 挫屈的裂痕，而圖 3.23 為添加二氧化矽含量 30%之纖維方向 0°的破 壞試片其破壞機制為纖維破裂，主要是由纖維產生劇烈的裂開而造成 試片兩端明顯破裂，雖然在纖維方向0°之破壞機制分為兩種，但其破 壞強度相差不大；圖 3.25 至圖 3.27 顯示出分別在纖維方向 5°、10°

及 15°之試片破壞情形，可以發現添加與未添加二氧化矽在不同纖維 方向(5°、10°及 15°)的試片表面皆是產生一道微挫屈的破壞機制；圖 3.28 顯示當纖維方向為 90°時試片的破壞情形，其試片的破壞機制是 由於出平面剪應力造成層與層之間滑動而導致試片破壞，經由以上觀 察試片之破壞機制可以發現添加奈米級二氧化矽後並不會改變試片 之破壞機制，並且可以有效提升其機械強度。

經 由 掃 瞄 式 電 子 顯 微 鏡 (SEM) 來 觀 察 試 片 細 部之破壞情形，分別觀察未添加二氧化矽與添加二氧化矽含量 30%

之試片的破裂面(圖 3.29 與圖 3.30)，圖 3.29 中可以發現未添加二氧 化矽的試片斷裂面上脫落的纖維幾乎是非常乾淨且光滑，而圖 3.30 顯示出當添加二氧化矽後其試片之破壞試片之纖維表面上黏附許多 樹脂，可以證明出添加二氧化矽後可以增強樹脂與基材之間的附著 力。