第10章復(fù)合材料表界面上

1、第10章復(fù)合材料表界面上 第10章復(fù)合材料表界面上 10.1 復(fù)合材料概述復(fù)合材料概述 三大材料：三大材料： 金屬金屬 無機非金屬無機非金屬 有機高分子有機高分子 復(fù)合材料：復(fù)合材料： 取長補短取長補短 協(xié)同作用協(xié)同作用 產(chǎn)生原來單一材料本身所沒有的新性能產(chǎn)生原來單一材料本身所沒有的新性能 無機無機 非金屬非金屬 材料材料 有機有機 高分子高分子 材料材料 金屬金屬 材料材料 復(fù)復(fù)合合 材材 料料 2 第10章復(fù)合材料表界面上 復(fù)合材料的定義復(fù)合材料的定義 國際標準化組織：由兩種以上在物理和化學上不國際標準化組織：由兩種以上在物理和化學上不 同的物質(zhì)組合起來而得到的一種多相固體材料。同的物質(zhì)組

2、合起來而得到的一種多相固體材料。 材料大詞典材料大詞典 ：復(fù)合材料是根據(jù)應(yīng)用進行設(shè)：復(fù)合材料是根據(jù)應(yīng)用進行設(shè) 計，把兩種以上的有機聚合物材料或無機非金屬計，把兩種以上的有機聚合物材料或無機非金屬 材料或金屬材料組合在一起，使其性能互補，從材料或金屬材料組合在一起，使其性能互補，從 而制成的一類新型材料。而制成的一類新型材料。 3 第10章復(fù)合材料表界面上 材料科學技術(shù)百科全書材料科學技術(shù)百科全書 ：復(fù)合材料是由有：復(fù)合材料是由有 機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通機高分子、無機非金屬或金屬等幾類不同材料通 過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。它既保留原組過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。它既保留

3、原組 成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分 所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設(shè)計使各組分的所不具備的性能?？梢酝ㄟ^材料設(shè)計使各組分的 性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)秀的性性能互相補充并彼此關(guān)聯(lián)，從而獲得更優(yōu)秀的性 能，與一般材料的簡單混合有本質(zhì)區(qū)別。能，與一般材料的簡單混合有本質(zhì)區(qū)別。 第10章復(fù)合材料表界面上氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷被用作航天飛機的防熱瓦氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷被用作航天飛機的防熱瓦 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 第10章復(fù)合材料表界面上 美國美國B-2B-2隱形轟炸機表面為具有良好吸波性能的碳纖維復(fù)合材料隱形轟炸機表面為具有良好吸波性能的碳纖維

4、復(fù)合材料 第10章復(fù)合材料表界面上 先進橡膠輪胎使汽車成為交通主宰先進橡膠輪胎使汽車成為交通主宰賽車上使用的特殊輪胎賽車上使用的特殊輪胎 第10章復(fù)合材料表界面上 人工腎臟人工腎臟 第10章復(fù)合材料表界面上 (1)在航空、航天方面的應(yīng)用在航空、航天方面的應(yīng)用 (2)在交通運輸方面的應(yīng)用在交通運輸方面的應(yīng)用 (3)在化學工業(yè)方面的應(yīng)用在化學工業(yè)方面的應(yīng)用 (4)在電氣工業(yè)方面的應(yīng)用在電氣工業(yè)方面的應(yīng)用 (5)在建筑工業(yè)方面的應(yīng)用在建筑工業(yè)方面的應(yīng)用 (6)在機械工業(yè)方面的應(yīng)用在機械工業(yè)方面的應(yīng)用 (7)在體育用品方面的應(yīng)用在體育用品方面的應(yīng)用 復(fù)合材料的應(yīng)用復(fù)合材料的應(yīng)用 第10章復(fù)合材料表界面

5、上 基體基體連續(xù)相連續(xù)相 增強材料增強材料分散相分散相 在基體和增強體之間存在著界面。在基體和增強體之間存在著界面。 基體和增強材料基體和增強材料 Matrix and Reinforcement 基體和增強體各基體和增強體各 有什么作用有什么作用 第10章復(fù)合材料表界面上 Schematic illustration of composite constituents 11 第10章復(fù)合材料表界面上 復(fù)合材料的分類復(fù)合材料的分類 12 按增強材料形態(tài)分類按增強材料形態(tài)分類 1 1、纖維增強材料、纖維增強材料; ; 2 2、顆粒狀增強材料、顆粒狀增強材料; ; 3 3、片狀增強材料。、片狀增強

6、材料。 第10章復(fù)合材料表界面上 Classes of composites 第10章復(fù)合材料表界面上 纖維增強復(fù)合材料種類纖維增強復(fù)合材料種類 玻璃纖維復(fù)合材料；玻璃纖維復(fù)合材料； 碳纖維復(fù)合材料；碳纖維復(fù)合材料； 有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、 聚烯烴纖維等）復(fù)合材料；聚烯烴纖維等）復(fù)合材料； 金屬纖維（如鎢絲、不銹鋼絲等）復(fù)合材料；金屬纖維（如鎢絲、不銹鋼絲等）復(fù)合材料； 陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維等）復(fù)合材陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維等）復(fù)合材 料。料。 第10章復(fù)合材料表界面上 按基體材料分類按基體材料分類 聚合

7、物基復(fù)合材料；聚合物基復(fù)合材料； 金屬基復(fù)合材料；金屬基復(fù)合材料； 無機非金屬基復(fù)合材料。無機非金屬基復(fù)合材料。 第10章復(fù)合材料表界面上 按材料作用分類按材料作用分類 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料；結(jié)構(gòu)復(fù)合材料； 功能復(fù)合材料。功能復(fù)合材料。 第10章復(fù)合材料表界面上 各種材料的發(fā)展狀況各種材料的發(fā)展狀況 玻璃鋼和樹脂基復(fù)合材料玻璃鋼和樹脂基復(fù)合材料 非常成熟非常成熟 廣泛的應(yīng)用廣泛的應(yīng)用 金屬基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料 開發(fā)階段開發(fā)階段 某些結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵部位某些結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵部位 陶瓷基復(fù)合材料及功能復(fù)合材料等陶瓷基復(fù)合材料及功能復(fù)合材料等 尚處于研究階段尚處于研究階段 有不少科學技術(shù)問題有待解決有不少科學技

8、術(shù)問題有待解決 第10章復(fù)合材料表界面上 聚合物基復(fù)合材料的一般特性聚合物基復(fù)合材料的一般特性 輕質(zhì)高強；輕質(zhì)高強； 電性能好；電性能好； 耐腐蝕性能好；耐腐蝕性能好； 熱性能好；熱性能好； 性能具有可設(shè)計性。性能具有可設(shè)計性。 第10章復(fù)合材料表界面上 聚合物基復(fù)合材料的分類聚合物基復(fù)合材料的分類 用于復(fù)合材料的聚合物基體有多種分類方用于復(fù)合材料的聚合物基體有多種分類方 法，如按樹脂熱行為可分為熱固性及熱塑法，如按樹脂熱行為可分為熱固性及熱塑 性兩類。性兩類。 10.1.1 聚合物基復(fù)合材料基體聚合物基復(fù)合材料基體 第10章復(fù)合材料表界面上 熱塑性基體如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚熱塑性基

9、體如聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、聚醚 酮等。酮等。 熱塑性聚合物的形態(tài)特征熱塑性聚合物的形態(tài)特征 第10章復(fù)合材料表界面上 熱固性基體如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯熱固性基體如環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、不飽和聚酯 樹脂等。樹脂等。 熱固性聚合物的形態(tài)特征熱固性聚合物的形態(tài)特征 第10章復(fù)合材料表界面上 10.1.1 聚合物基復(fù)合材料基體聚合物基復(fù)合材料基體 1. 不飽和聚酯樹脂不飽和聚酯樹脂 不飽和聚酯樹脂是制造玻璃纖維復(fù)合材料的一不飽和聚酯樹脂是制造玻璃纖維復(fù)合材料的一 種重要樹脂。在國外，聚酯樹脂占玻璃纖維復(fù)種重要樹脂。在國外，聚酯樹脂占玻璃纖維復(fù) 合材料用樹脂總量的合材料用樹脂總量的80%以上

10、。以上。 主要用于一般民用工業(yè)和生活用品中。主要用于一般民用工業(yè)和生活用品中。 特點特點 第10章復(fù)合材料表界面上 HOCHCH2 CH3 OC O C H C H C O OCHCH2 CH3 OC O C O OH n HOCHCH2 CH3 O C O C H C H C O OCHCH2 CH3 OC O C O OH n C CH3 CH3 OCH2OCHCH2 CH3 CHOO CH3 CCCH O CHCCH O O O CHCHO O n 鄰苯型不飽和聚酯：鄰苯型不飽和聚酯： 間苯型不飽和聚酯：間苯型不飽和聚酯： 雙酚型不飽和聚酯：雙酚型不飽和聚酯： 第10章復(fù)合材料表界面上

11、CH2 CHCH2OC CH3 CH3 O O CH2CHCH2 OH OC CH3 CH3 CH2CHOCH2 O n n = 019 雙酚型環(huán)氧樹脂：雙酚型環(huán)氧樹脂： CH2 CH2 OOO H2 C HC CH2 H2 C HC CH2 H2 C HC CH2 OOO n 酚醛環(huán)氧樹脂：酚醛環(huán)氧樹脂： 2. 環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂 特點特點 第10章復(fù)合材料表界面上 3. 酚醛樹脂酚醛樹脂 大量用于短纖維增強塑料等，大量用于短纖維增強塑料等， 少量用于玻璃纖維復(fù)合材料、耐燒蝕材料等，少量用于玻璃纖維復(fù)合材料、耐燒蝕材料等， 很少使用在碳纖維和有機纖維復(fù)合材料中。很少使用在碳纖維和有機纖維復(fù)合材

12、料中。 OH n + nCH O H OH CH2 n + nH2O 苯酚甲醛酚醛樹脂 特點特點 第10章復(fù)合材料表界面上 聚合物基復(fù)合材料基體的作用：聚合物基復(fù)合材料基體的作用： 把纖維粘在一起；把纖維粘在一起； 分配纖維間的載荷；分配纖維間的載荷； 保護纖維不受環(huán)境影響。保護纖維不受環(huán)境影響。 第10章復(fù)合材料表界面上 增強材料（增強體、增強劑等）增強材料（增強體、增強劑等）分散在分散在 基體內(nèi)以改進其機械性能的高強度材料。基體內(nèi)以改進其機械性能的高強度材料。 10.1.2 增強材料增強材料 第10章復(fù)合材料表界面上 10.1.3 復(fù)合材料的界面復(fù)合材料的界面 復(fù)合材料的界面是指基體與增強

13、物之間化復(fù)合材料的界面是指基體與增強物之間化 學成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、學成分有顯著變化的、構(gòu)成彼此結(jié)合的、 能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。能起載荷傳遞作用的微小區(qū)域。 第10章復(fù)合材料表界面上 界面是復(fù)合材料的特征，可將界面的機能界面是復(fù)合材料的特征，可將界面的機能 歸納為以下幾種效應(yīng)。歸納為以下幾種效應(yīng)。 (1)傳遞效應(yīng)傳遞效應(yīng) (2)阻斷效應(yīng)阻斷效應(yīng) (3)不連續(xù)效應(yīng)不連續(xù)效應(yīng) (4)散射和吸收效應(yīng)散射和吸收效應(yīng) (5)誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng) 第10章復(fù)合材料表界面上 10.2 玻璃纖維增強塑料界面玻璃纖維增強塑料界面 10.2.1 玻璃纖維概述玻璃纖維概述 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及化學組成玻

14、璃纖維的結(jié)構(gòu)及化學組成 玻璃纖維的物理性能玻璃纖維的物理性能 玻璃纖維的化學性能玻璃纖維的化學性能 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及化學組成玻璃纖維的結(jié)構(gòu)及化學組成 玻璃纖維的結(jié)構(gòu)玻璃纖維的結(jié)構(gòu) 玻璃纖維的拉伸強度比塊狀玻璃高許多倍，但經(jīng)玻璃纖維的拉伸強度比塊狀玻璃高許多倍，但經(jīng) 研究證明，玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與玻璃相同。研究證明，玻璃纖維的結(jié)構(gòu)與玻璃相同。 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的化學組成玻璃纖維的化學組成 玻璃纖維的化學組成主要是二氧化硅、三氧玻璃纖維的化學組成主要是二氧化硅、三氧 化二硼、氧化鈣、三氧化二鋁等?；?、氧化鈣、三氧化二鋁等。 以二氧化硅為主的稱為硅酸鹽破璃

15、，以三氧以二氧化硅為主的稱為硅酸鹽破璃，以三氧 化二硼為主的稱為硼酸鹽玻璃?；馂橹鞯姆Q為硼酸鹽玻璃。 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的物理性能玻璃纖維的物理性能 外觀和比重外觀和比重 表面積表面積 玻璃纖維的力學性能玻璃纖維的力學性能 玻璃纖維的耐磨性與耐折性玻璃纖維的耐磨性與耐折性 玻璃纖維的熱性能玻璃纖維的熱性能 玻璃纖維的電性能玻璃纖維的電性能 第10章復(fù)合材料表界面上 外觀和比重外觀和比重 一般天然或人造的有機纖維，其表面都有較一般天然或人造的有機纖維，其表面都有較 深的皺紋；深的皺紋； 而對于玻璃纖維來說，其表面呈光滑的圓柱，而對于玻璃纖維來說，其表面呈光滑的圓柱， 其橫斷面

16、幾乎都是完整的圓形。其橫斷面幾乎都是完整的圓形。 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維直徑從玻璃纖維直徑從1.5 25 um，大多數(shù)為，大多數(shù)為4 14 um。 玻璃纖維的密度為玻璃纖維的密度為2.16 4.30 gcm3。 此外，一般情況下，無堿玻璃纖維的比重大于有此外，一般情況下，無堿玻璃纖維的比重大于有 堿纖維。堿纖維。 第10章復(fù)合材料表界面上 表面積表面積 由于玻璃纖維的表面積大，使得纖由于玻璃纖維的表面積大，使得纖 維表面處理的效果對性能的影響很大。維表面處理的效果對性能的影響很大。 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的力學性能玻璃纖維的力學性能 1)玻璃纖維的拉伸強度玻璃纖維的拉伸

17、強度 一般玻璃制品的拉伸強度只有一般玻璃制品的拉伸強度只有40 100 MPa， 而直徑而直徑3 9 um的玻璃纖維拉伸強度則高達的玻璃纖維拉伸強度則高達1500 4000 MPa。 1)玻璃纖維的拉伸強度玻璃纖維的拉伸強度 2)影響玻璃纖維強度的因素影響玻璃纖維強度的因素 3)玻璃纖維的彈性玻璃纖維的彈性 第10章復(fù)合材料表界面上 幾種纖維和金屬材料的強度如下表所示：幾種纖維和金屬材料的強度如下表所示： 幾種纖維材料和金屬材料的強度幾種纖維材料和金屬材料的強度 第10章復(fù)合材料表界面上 2)影響玻璃纖維強度的因素影響玻璃纖維強度的因素 A、一般情況，玻璃纖維的拉伸強度隨直、一般情況，玻璃纖維

18、的拉伸強度隨直 徑變細而拉伸強度增加，如下表所示：徑變細而拉伸強度增加，如下表所示： A-F 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維拉伸強度與直徑的關(guān)系玻璃纖維拉伸強度與直徑的關(guān)系 第10章復(fù)合材料表界面上 B、拉伸強度也與纖維的長度有關(guān)，隨著長、拉伸強度也與纖維的長度有關(guān)，隨著長 度增加拉伸強度顯著下降。如下表所示：度增加拉伸強度顯著下降。如下表所示： 第10章復(fù)合材料表界面上 、化學組成對強度的影響、化學組成對強度的影響 纖維的強度與玻璃化學成分關(guān)系密切。纖維的強度與玻璃化學成分關(guān)系密切。 而改變系統(tǒng)而改變系統(tǒng)( (即改變它的基本組分即改變它的基本組分) )，強度會產(chǎn)，強度會產(chǎn) 生大幅度地變化

19、。生大幅度地變化。 第10章復(fù)合材料表界面上 D、纖維老化的影響、纖維老化的影響 E、纖維的疲勞影響纖維的疲勞影響 F、成型方法和成型條件強度的影響、成型方法和成型條件強度的影響 第10章復(fù)合材料表界面上 3)玻璃纖維的彈性玻璃纖維的彈性 A、玻璃纖維的延伸率、玻璃纖維的延伸率 玻璃纖維的延伸率比其它有機纖維的延伸率低，玻璃纖維的延伸率比其它有機纖維的延伸率低， 一般為一般為3 3左右。左右。 B、玻璃纖維的彈性模量、玻璃纖維的彈性模量 玻璃纖維的彈性模量約為玻璃纖維的彈性模量約為7 104 MPa，與鋁相，與鋁相 當，只有普通鋼的三分之一，致使復(fù)合材料的剛當，只有普通鋼的三分之一，致使復(fù)合材

20、料的剛 度較低。度較低。 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的耐磨性與耐折性玻璃纖維的耐磨性與耐折性 玻璃纖維這兩個性能都很差，經(jīng)過揉搓摩擦玻璃纖維這兩個性能都很差，經(jīng)過揉搓摩擦 容易受傷或斷裂，這是玻纖的嚴重缺點。容易受傷或斷裂，這是玻纖的嚴重缺點。 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的熱性能玻璃纖維的熱性能 1）玻璃纖維的導(dǎo)熱性玻璃纖維的導(dǎo)熱性 玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為0.6 1.1千卡千卡/米米度度時，時， 但拉制成玻璃纖維后，其導(dǎo)熱系數(shù)只有但拉制成玻璃纖維后，其導(dǎo)熱系數(shù)只有0.03千千 卡米卡米度度時。時。 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 耐熱性耐熱性 第10章復(fù)合材料表界面上 2）破璃纖維的耐

21、熱性）破璃纖維的耐熱性 玻璃纖維耐熱性較高，軟化點為玻璃纖維耐熱性較高，軟化點為550 580， 其熱膨脹系數(shù)為其熱膨脹系數(shù)為4.8 106 / 。 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的電性能玻璃纖維的電性能 玻璃纖維的導(dǎo)電性主要取決于化學組成、溫度玻璃纖維的導(dǎo)電性主要取決于化學組成、溫度 和濕度。和濕度。 無堿纖維的電絕緣性能比有堿纖維優(yōu)越得多。無堿纖維的電絕緣性能比有堿纖維優(yōu)越得多。 玻璃纖維的電阻率隨著溫度的升高而下降。玻璃纖維的電阻率隨著溫度的升高而下降。 第10章復(fù)合材料表界面上 雖然玻璃纖維的吸附能力較小，但空氣濕度對雖然玻璃纖維的吸附能力較小，但空氣濕度對 玻璃纖維的電阻率影響很

22、大。玻璃纖維的電阻率影響很大。 濕度增加，電阻率下降。如下表所示：濕度增加，電阻率下降。如下表所示： 第10章復(fù)合材料表界面上 玻璃纖維的化學性能玻璃纖維的化學性能 玻璃是一種非常好的耐腐蝕材料，但玻璃是一種非常好的耐腐蝕材料，但 拉制成玻璃纖維后，其性能遠不如玻璃。拉制成玻璃纖維后，其性能遠不如玻璃。 這主要是由于玻璃纖維的比表面積大這主要是由于玻璃纖維的比表面積大 所造成的。所造成的。 第10章復(fù)合材料表界面上 10.2.2 偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑 偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑 按化學組成，偶聯(lián)劑主要可分為有機按化學組成，偶聯(lián)劑主要可分為有機 鉻和有機硅兩大類，此外還有鈦酸酯等。鉻和有機硅兩大類，此外還有鈦酸酯等。

23、 何為偶聯(lián)劑？何為偶聯(lián)劑？ 第10章復(fù)合材料表界面上 (1)(1)有機酸氯化鉻絡(luò)合物類偶聯(lián)劑有機酸氯化鉻絡(luò)合物類偶聯(lián)劑 有機酸氯化鉻絡(luò)合物簡稱鉻絡(luò)合物，這類有機酸氯化鉻絡(luò)合物簡稱鉻絡(luò)合物，這類 絡(luò)合物通常是用堿式氯化鉻與羧酸反應(yīng)而制得。絡(luò)合物通常是用堿式氯化鉻與羧酸反應(yīng)而制得。 2Cr(OH)Cl2+RCOOHRCOOCr2(OH)Cl4+H2O 這類鉻絡(luò)合物無水時的結(jié)構(gòu)式為：這類鉻絡(luò)合物無水時的結(jié)構(gòu)式為： 第10章復(fù)合材料表界面上 沃蘭沃蘭(Vo1an)(Vo1an)，結(jié)構(gòu)式為，結(jié)構(gòu)式為 ： 第10章復(fù)合材料表界面上 (2)有有機硅烷類偶聯(lián)劑機硅烷類偶聯(lián)劑 有機硅烷是一類品種很多，效果也很顯

24、著的表有機硅烷是一類品種很多，效果也很顯著的表 面處理劑，其一般結(jié)構(gòu)通式為：面處理劑，其一般結(jié)構(gòu)通式為：RnSiX4-n X基團與玻璃纖維表面的作用機理：基團與玻璃纖維表面的作用機理： 硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維通常經(jīng)歷四個階段：硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維通常經(jīng)歷四個階段： R為有機基團，是可與合為有機基團，是可與合 成樹脂作用形成化學鍵的成樹脂作用形成化學鍵的 活性基團活性基團,如不飽和雙鍵、如不飽和雙鍵、 環(huán)氧基、氨基等；環(huán)氧基、氨基等； X為易水解的基團，為易水解的基團， 如甲氧基、乙氧如甲氧基、乙氧 基等基等。 n1，2，3 絕絕 大多數(shù)大多數(shù)n1 第10章復(fù)合材料表界面上 第10章復(fù)合材料表

25、界面上 (3) 鈦酸酯偶聯(lián)劑鈦酸酯偶聯(lián)劑 結(jié)構(gòu)通式：結(jié)構(gòu)通式： (RO)m Ti - (O-X-R-Y)n m、n為官能團數(shù)。為官能團數(shù)。n2時為多官能團的鈦酸酯，時為多官能團的鈦酸酯， 可與多官能團的熱塑性及熱固性樹脂起作用。可與多官能團的熱塑性及熱固性樹脂起作用。 第10章復(fù)合材料表界面上 (4) 玻璃纖維表面處理方法玻璃纖維表面處理方法 (1)玻璃纖維表面處理方法玻璃纖維表面處理方法 后處理法后處理法 前處理法前處理法 遷移法遷移法 處理意義處理意義 第10章復(fù)合材料表界面上 后處理法：后處理法： 使用紡織型浸潤劑的玻璃纖維及制品，在使使用紡織型浸潤劑的玻璃纖維及制品，在使 用前原則上都

26、采用此法處理。目前普遍采用的一用前原則上都采用此法處理。目前普遍采用的一 種方法。種方法。 第10章復(fù)合材料表界面上 前處理法前處理法 是適當改變浸潤劑配方，使之既能滿足拉絲、是適當改變浸潤劑配方，使之既能滿足拉絲、 紡織各道工序的要求，又不妨礙樹脂基體對玻璃紡織各道工序的要求，又不妨礙樹脂基體對玻璃 纖維的浸潤和粘結(jié)。將偶聯(lián)劑加入到上述的浸潤纖維的浸潤和粘結(jié)。將偶聯(lián)劑加入到上述的浸潤 劑中，在拉絲過程中表面處理劑就被覆到玻璃纖劑中，在拉絲過程中表面處理劑就被覆到玻璃纖 維表面上。維表面上。 用這種被覆了增強型浸潤劑的纖維織成的玻用這種被覆了增強型浸潤劑的纖維織成的玻 璃布稱為前處理布。璃布稱

27、為前處理布。 第10章復(fù)合材料表界面上 遷移法遷移法 將化學處理劑直接加入到樹脂膠液中進行整體將化學處理劑直接加入到樹脂膠液中進行整體 摻和，在浸膠的同時將偶聯(lián)劑施于玻璃纖維上，借摻和，在浸膠的同時將偶聯(lián)劑施于玻璃纖維上，借 處理劑從樹脂膠液中到纖維表面的處理劑從樹脂膠液中到纖維表面的“遷移遷移”作用而作用而 與纖維表面發(fā)生反應(yīng)，從而在樹脂固化過程中產(chǎn)生與纖維表面發(fā)生反應(yīng)，從而在樹脂固化過程中產(chǎn)生 偶聯(lián)作用。偶聯(lián)作用。 第10章復(fù)合材料表界面上 10.3 先進復(fù)合材料的界面先進復(fù)合材料的界面 10.3.1 高性能增強纖維高性能增強纖維 1.1.碳纖維碳纖維 碳纖維是由有機纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成

28、的纖維碳纖維是由有機纖維經(jīng)固相反應(yīng)轉(zhuǎn)變而成的纖維 狀聚合物碳，是一種非金屬材料。狀聚合物碳，是一種非金屬材料。 碳纖維不屬于有機纖維范疇，但從制備方法上看，碳纖維不屬于有機纖維范疇，但從制備方法上看， 它又不同于普通無機纖維。它又不同于普通無機纖維。 第10章復(fù)合材料表界面上 碳纖維的分類碳纖維的分類 當前，國內(nèi)外巳商品化的碳纖維種類很多，當前，國內(nèi)外巳商品化的碳纖維種類很多， 一般可以根據(jù)原絲的類型、碳纖維的性能和碳纖一般可以根據(jù)原絲的類型、碳纖維的性能和碳纖 維的用途等三種方法進行分類。維的用途等三種方法進行分類。 第10章復(fù)合材料表界面上 根據(jù)碳纖維的性能分類根據(jù)碳纖維的性能分類 (1)

29、 高性能碳纖維高性能碳纖維 在高性能碳纖維中，有高強度碳纖維、高模在高性能碳纖維中，有高強度碳纖維、高模 量碳纖維、中模量碳纖維等。量碳纖維、中模量碳纖維等。 (2)低性能碳纖維低性能碳纖維 這類碳纖維中，有耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石這類碳纖維中，有耐火纖維、碳質(zhì)纖維、石 墨纖維等。墨纖維等。 第10章復(fù)合材料表界面上 2根據(jù)原絲類型分類根據(jù)原絲類型分類 (1)聚丙烯腈基纖維；聚丙烯腈基纖維； (2)粘膠基碳纖維；粘膠基碳纖維； (3)瀝青基碳纖維；瀝青基碳纖維； (4)木質(zhì)素纖維基碳纖維；木質(zhì)素纖維基碳纖維； (5)其他有機纖維基其他有機纖維基(各種天然纖維、再各種天然纖維、再 生纖維、縮合多環(huán)

30、芳香族合成纖維生纖維、縮合多環(huán)芳香族合成纖維)碳纖維。碳纖維。 第10章復(fù)合材料表界面上 3根據(jù)碳纖維功能分類根據(jù)碳纖維功能分類 (1)受力結(jié)構(gòu)用碳纖維受力結(jié)構(gòu)用碳纖維 (2)耐焰碳纖維耐焰碳纖維 (3)活性碳纖維活性碳纖維(吸附活性吸附活性) (4)導(dǎo)電用碳纖維導(dǎo)電用碳纖維 (5)潤滑用碳纖維潤滑用碳纖維 (6)耐磨用碳纖維耐磨用碳纖維 第10章復(fù)合材料表界面上 碳纖維的制造碳纖維的制造 在制備碳纖維的過程中，無論采用什么原在制備碳纖維的過程中，無論采用什么原 材料，都要經(jīng)過原絲預(yù)氧化（拉絲、牽伸、材料，都要經(jīng)過原絲預(yù)氧化（拉絲、牽伸、 穩(wěn)定）、碳化以及石墨化等五個階段，所穩(wěn)定）、碳化以及石

31、墨化等五個階段，所 產(chǎn)生的最終纖維，其基本成分為碳。產(chǎn)生的最終纖維，其基本成分為碳。 第10章復(fù)合材料表界面上 碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能碳纖維的結(jié)構(gòu)與性能 碳纖維的結(jié)構(gòu)碳纖維的結(jié)構(gòu) 碳纖維的物理性能碳纖維的物理性能 碳纖維的化學性能碳纖維的化學性能 . 其他性能其他性能 第10章復(fù)合材料表界面上 用用x射線、電子衍射和電子顯微鏡研究射線、電子衍射和電子顯微鏡研究 發(fā)現(xiàn)，真實的碳纖維結(jié)構(gòu)并不是理想的石墨發(fā)現(xiàn)，真實的碳纖維結(jié)構(gòu)并不是理想的石墨 點陣結(jié)構(gòu)，而是屬于亂層石墨結(jié)構(gòu)。點陣結(jié)構(gòu)，而是屬于亂層石墨結(jié)構(gòu)。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 第10章復(fù)合材料表界面上 碳纖維的物理性能碳纖維的物理性能 碳纖維的比重在碳纖維的比重

32、在1.5-2.0之間，這除了與原絲之間，這除了與原絲 結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要還決定于碳化處理的溫度。結(jié)構(gòu)有關(guān)外，主要還決定于碳化處理的溫度。 一般情況下，經(jīng)過高溫一般情況下，經(jīng)過高溫(3000 )石墨化處理，石墨化處理， 比重可達比重可達2.0。 第10章復(fù)合材料表界面上 碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其它類型纖維不同，它碳纖維的熱膨脹系數(shù)與其它類型纖維不同，它 有各向異性的特點。有各向異性的特點。 平行于纖維方向是負值平行于纖維方向是負值(-0.72 -0.90 10 -6 /)，而垂直于纖維方向是正值，而垂直于纖維方向是正值( 32 22 10-6 /)。 第10章復(fù)合材料表界面上 碳纖維的比熱一般為碳纖維的比熱一般為7.12 l0-1 kJ( kg )。導(dǎo)熱率有方向性，平行于纖維軸。導(dǎo)熱率有方向性，平行于纖維軸 方向?qū)崧蕿榉较驅(qū)崧蕿?.04卡卡/秒秒厘米厘米度，而垂直于纖度，而垂直于纖 維軸方向為維軸方向為0.002卡卡/秒秒厘米厘米度。度。 導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降。導(dǎo)熱率隨溫度升高而下降。 第10章復(fù)合材料表界面上 碳纖維的比電阻與纖維的類型有關(guān)。在碳纖維的比電阻與纖維的類型有關(guān)。在25 時，高模量碳纖維為時，高模量碳纖維為775 u cm，高