复合材料中纤维体积分数的测定

碳纤维复合材料中，纤维所占面积与观察面积之比，称为试样的纤维体积分数。测定纤维体积分数的方法有显微镜法、化学消化法和电阻率法等。

显微镜法    在复合材料上取与纤维轴向垂直的截面，并进行磨平抛光，用金相显微镜摄取两张放大倍数不同的照片，在小倍数照片上测定观察面积内的纤维根数，在大倍数照片上测定单根纤维的平均截面积。纤维所占截面积与观察面积之比，即为试样的纤维体积分数Vf：

式中N为观察面积A(mm²)内的纤维根数；Af为单根纤维的平均截面积，mm²。

本方法适用于测定单向，正交及多向铺层的纤维增强树脂基、金属基复合材料，但不适于织物增强的复合材料。

化学消化法树脂基复合材料用强氧化剂在一定的温度和时间下，使树脂基复合材料试样中树脂基质完全分解而又不过分腐蚀纤维，采用的强氧化剂为95％～98％的浓硫酸，对环氧或聚酯树脂消化温度为220℃，对酚醛树脂则为285℃。

金属基复合材料用溶剂在一定的温度和时间下使金属基复合材料中金属基质完全溶解，又不溶解或很少溶解纤维，对铜铁等金属基质，采用浓度65％的HNO₃溶剂，对铝等金属基质采用浓度40％～80％NaOH溶剂，对镁、钛、铜、铁等金属基质采用浓度5％～10％HCl溶剂。

实验时用一定量的纯纤维作平行试验。复合材料中基质含量为：

纤维体积分数Vf为：

若纤维被氧化或溶解的质量<0.5％，则纤维的损失可忽略不计，纤维体积分数Vf为：

式中W1为试样初始质量；W2为基质氧化或溶解后残余纤维的质量；W3为空白试验中纤维的质量损失百分数；ρf，ρc分别为纤维和复合材料试样的密度。

电阻率法该方法适用于单向纤维增强树脂复合材料，纤维体积含量在30％～60％之间。要求纤维呈导电性能，如炭纤维、金属纤维等，而基质是导电性差的环氧，不饱和聚酯等。复合材料中纤维的体积分数Vf：

式中ρc为平行于纤维方向的复合材料试样的电阻率；ρf为纯纤维的电阻率。