復(fù)合材料材料的界面理論

1、整理ppt1第第3章章 材料的界面理論材料的界面理論整理ppt23.1 概述概述v 在一個(gè)多相體系中，在一個(gè)多相體系中，不同相之間存在界面不同相之間存在界面。聚合物基復(fù)合材料一般是由聚合物基復(fù)合材料一般是由增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維與與基體基體樹脂兩相組成的，兩相之間存在著樹脂兩相組成的，兩相之間存在著界面界面，通，通過界面使纖維與基體樹脂結(jié)合為一個(gè)整體，過界面使纖維與基體樹脂結(jié)合為一個(gè)整體，使復(fù)合材料具備了原組成樹脂所沒有的性能。使復(fù)合材料具備了原組成樹脂所沒有的性能。整理ppt33.2 表面現(xiàn)象和表面張力表面現(xiàn)象和表面張力1.表面現(xiàn)象：表面現(xiàn)象：發(fā)生在界面上的現(xiàn)象。發(fā)生在界面上的現(xiàn)象。2.產(chǎn)生表面現(xiàn)

2、象的產(chǎn)生表面現(xiàn)象的原因原因：與物質(zhì)的：與物質(zhì)的表面能表面能有關(guān)。有關(guān)。 對顆粒粉碎作功所消耗的部分能量將轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)藏對顆粒粉碎作功所消耗的部分能量將轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)藏在物質(zhì)表面中的能量稱為在物質(zhì)表面中的能量稱為表面能表面能。3.表面自由能表面自由能（自由能）（自由能）:反映物質(zhì)表面所具有的特殊反映物質(zhì)表面所具有的特殊性質(zhì)，是由于其表面層分子所處狀態(tài)與其內(nèi)部分子性質(zhì)，是由于其表面層分子所處狀態(tài)與其內(nèi)部分子所處狀態(tài)不同造成的。所處狀態(tài)不同造成的。整理ppt43.3增強(qiáng)材料的表面性質(zhì)與處理增強(qiáng)材料的表面性質(zhì)與處理v3.3.1表面性質(zhì)表面性質(zhì) 表面性質(zhì)表面性質(zhì):表面的表面的物理特性、化學(xué)特性和表面自由能物理特性

3、、化學(xué)特性和表面自由能。表面性質(zhì)與材料的表面性質(zhì)與材料的組成和結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。有關(guān)。 1. 物理持性物理持性: 指材料的指材料的表面形態(tài)和比表面積表面形態(tài)和比表面積。 2. 化學(xué)特性化學(xué)特性: 指材料表面指材料表面化學(xué)組成化學(xué)組成和表面和表面反應(yīng)活性。反應(yīng)活性。 增強(qiáng)材料表面的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，決定了增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料表面的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，決定了增強(qiáng)材料表面自由能的大小、潤濕性及化學(xué)反應(yīng)活性表面自由能的大小、潤濕性及化學(xué)反應(yīng)活性。關(guān)系。關(guān)系到增強(qiáng)材料是否需進(jìn)行表面處理，其表面是否容易到增強(qiáng)材料是否需進(jìn)行表面處理，其表面是否容易與環(huán)境接觸物反應(yīng)與環(huán)境接觸物反應(yīng)(如與氧、水、有機(jī)物等反應(yīng)如與氧、水

4、、有機(jī)物等反應(yīng))，表面與基體材料間是否能形成化學(xué)鍵。表面與基體材料間是否能形成化學(xué)鍵。 增強(qiáng)纖維增強(qiáng)纖維內(nèi)部內(nèi)部的化學(xué)組成與其的化學(xué)組成與其表面層表面層的化學(xué)組成的化學(xué)組成不不完全相同完全相同。 整理ppt5v3. 表面自由能表面自由能 增強(qiáng)材料與基體能夠粘接在一起的必要條件，增強(qiáng)材料與基體能夠粘接在一起的必要條件， （1）是基體與增強(qiáng)材料能）是基體與增強(qiáng)材料能緊密接觸緊密接觸， （2）是它們之間能）是它們之間能潤濕潤濕，后者取決于它們的表面自由能，后者取決于它們的表面自由能， 即即表面張力表面張力。 若一種液體能若一種液體能浸潤浸潤一種固體一種固體(即在固體表面完全鋪開即在固體表面完全鋪開)

5、，則，則固體的表面張力要固體的表面張力要大于大于液體的表面張力。常用的極性基體材液體的表面張力。常用的極性基體材料的表面張力在料的表面張力在3545達(dá)因達(dá)因厘米厘米-1之間之間(如聚酯樹脂的表面張如聚酯樹脂的表面張力為力為35達(dá)因達(dá)因厘米厘米-1，雙酚，雙酚A型環(huán)氧樹脂的表面張力為型環(huán)氧樹脂的表面張力為43達(dá)達(dá)因因厘米厘米-1)，若要求這些基體材料能潤濕增強(qiáng)纖維，則要求，若要求這些基體材料能潤濕增強(qiáng)纖維，則要求增強(qiáng)纖維的表面張力大于增強(qiáng)纖維的表面張力大于45達(dá)因達(dá)因厘米厘米-1。 硼纖維、碳化硅纖維、碳纖維硼纖維、碳化硅纖維、碳纖維等都有明顯的等都有明顯的氧化表面氧化表面，有，有利于利于形成具

6、有高表面自由能形成具有高表面自由能(表面張力表面張力)的表面。若其表面被的表面。若其表面被污染，一般會(huì)降低其表面能，影響極性基體對它的濕潤。污染，一般會(huì)降低其表面能，影響極性基體對它的濕潤。整理ppt6v4. 表面性質(zhì)與表面結(jié)構(gòu)的關(guān)系表面性質(zhì)與表面結(jié)構(gòu)的關(guān)系 增強(qiáng)材料的上述三種表面性質(zhì)除了與增強(qiáng)材料的上述三種表面性質(zhì)除了與材料表面層化學(xué)組材料表面層化學(xué)組成成有關(guān)外，還同有關(guān)外，還同增強(qiáng)材料的表面結(jié)構(gòu)增強(qiáng)材料的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。有關(guān)。 關(guān)于關(guān)于玻璃玻璃的結(jié)構(gòu)，有多種學(xué)說。主要是的結(jié)構(gòu)，有多種學(xué)說。主要是微晶結(jié)構(gòu)微晶結(jié)構(gòu)學(xué)說和學(xué)說和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說。按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說的觀點(diǎn)，硅酸鹽玻璃是由一學(xué)說。按

7、照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說的觀點(diǎn)，硅酸鹽玻璃是由一個(gè)三維空間的不規(guī)律的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)又由許多個(gè)三維空間的不規(guī)律的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)又由許多多面體（如四面體）構(gòu)成。多面體的中心為電荷較多而半徑多面體（如四面體）構(gòu)成。多面體的中心為電荷較多而半徑較小的陽離子所包圍。在玻璃內(nèi)部這些陽離子與周圍的陰離較小的陽離子所包圍。在玻璃內(nèi)部這些陽離子與周圍的陰離子間的相互作用力，是平衡的。子間的相互作用力，是平衡的。 整理ppt7v3.3.2增強(qiáng)材料的增強(qiáng)材料的表面處理表面處理 1.碳纖維的表面處理碳纖維的表面處理 表面處理的作用表面處理的作用：使復(fù)合材料不僅具有良好的界面粘接力、：使復(fù)合材料不僅具有良好的

8、界面粘接力、層間剪切強(qiáng)度，而且其界面的抗水性、斷裂韌性及尺寸穩(wěn)層間剪切強(qiáng)度，而且其界面的抗水性、斷裂韌性及尺寸穩(wěn)定性均有明顯的改進(jìn)。此外，通過碳纖維表面改性處理，定性均有明顯的改進(jìn)。此外，通過碳纖維表面改性處理，還可制得具有某種特殊功能的復(fù)合材料。還可制得具有某種特殊功能的復(fù)合材料。 1）氧化法）氧化法 （1）氣相法）氣相法(或干法或干法):以空氣、氧氣、臭氧等氧化劑，采用以空氣、氧氣、臭氧等氧化劑，采用等離子表面氧化或催化氧化法。等離子表面氧化或催化氧化法。 （2）液相法（或濕法）：）液相法（或濕法）：有硝酸、次氯酸鈉加硫酸、重鉻有硝酸、次氯酸鈉加硫酸、重鉻酸鉀加硫酸、高錳酸鉀加硝酸鈉加硫酸

9、氧化劑及電解氧化酸鉀加硫酸、高錳酸鉀加硝酸鈉加硫酸氧化劑及電解氧化法等。法等。整理ppt8 2）涂層法涂層法 (1)有機(jī)聚合物涂層有機(jī)聚合物涂層：樹脂涂層、接枝涂層、電：樹脂涂層、接枝涂層、電沉積與電聚合等。沉積與電聚合等。 (2)無機(jī)聚合物涂層無機(jī)聚合物涂層：經(jīng)有機(jī)聚合物涂層后碳化、：經(jīng)有機(jī)聚合物涂層后碳化、碳?xì)浠衔锘瘜W(xué)氣相沉積、碳化硅或氧化鐵涂層、碳?xì)浠衔锘瘜W(xué)氣相沉積、碳化硅或氧化鐵涂層、生長晶須涂層等。生長晶須涂層等。 3）凈化法與溶液還原法、真空解吸法、在惰性氣凈化法與溶液還原法、真空解吸法、在惰性氣體中熱處理法、氯化鐵等溶液還原法。體中熱處理法、氯化鐵等溶液還原法。 根據(jù)纖維和樹

10、脂的結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料性能的不同，根據(jù)纖維和樹脂的結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料性能的不同，使用上述處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。使用上述處理方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。整理ppt9v2.玻璃纖維的表面處理玻璃纖維的表面處理 為了在玻璃纖維抽絲和紡織工序中達(dá)到為了在玻璃纖維抽絲和紡織工序中達(dá)到集束、潤集束、潤滑和消除靜電吸附滑和消除靜電吸附等目的，抽絲時(shí)，在單絲上涂了等目的，抽絲時(shí)，在單絲上涂了一層紡織型一層紡織型浸潤劑浸潤劑(石蠟乳劑石蠟乳劑)。 （1） 浸潤劑會(huì)影響復(fù)合材料性能（妨礙了纖維與基浸潤劑會(huì)影響復(fù)合材料性能（妨礙了纖維與基體材料的粘接），用前體材料的粘接），用前去除浸潤劑去除浸潤劑， （2）采用）采用偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑對纖維表

11、面進(jìn)行處理。偶聯(lián)劑的分對纖維表面進(jìn)行處理。偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)中，一般都帶有兩種性質(zhì)不同的極性基團(tuán)，子結(jié)構(gòu)中，一般都帶有兩種性質(zhì)不同的極性基團(tuán)，一種基團(tuán)與玻璃纖維結(jié)合，另一種基團(tuán)能與基體樹一種基團(tuán)與玻璃纖維結(jié)合，另一種基團(tuán)能與基體樹脂結(jié)合，從而使纖維和基體這兩類性質(zhì)差異很大的脂結(jié)合，從而使纖維和基體這兩類性質(zhì)差異很大的材料牢固地連接起來。材料牢固地連接起來。整理ppt10v浸潤劑的作用浸潤劑的作用： 1 原絲中的纖維不散亂而能相互粘附在一起；原絲中的纖維不散亂而能相互粘附在一起； 2 防止纖維間的磨損；防止纖維間的磨損； 3 原絲相互間不粘結(jié)在一起；原絲相互間不粘結(jié)在一起； 4 便于紡織加工。便于

12、紡織加工。 常用的浸潤劑常用的浸潤劑：石蠟乳劑：石蠟乳劑（含石蠟、凡士林、硬脂酸）（含石蠟、凡士林、硬脂酸）、聚醋酸乙烯酯。、聚醋酸乙烯酯。 紡織型紡織型 增強(qiáng)型增強(qiáng)型注：用含石蠟乳劑的玻璃纖維及其制品，必須在浸膠前除去；注：用含石蠟乳劑的玻璃纖維及其制品，必須在浸膠前除去； 聚醋酸乙烯酯對玻璃鋼性能影響不大，可不必除去聚醋酸乙烯酯對玻璃鋼性能影響不大，可不必除去整理ppt11v 1）表面偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理）表面偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理 (1)有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑的反應(yīng)機(jī)理有機(jī)硅烷類偶聯(lián)劑的反應(yīng)機(jī)理 ()有機(jī)硅烷水解，生成硅醇。有機(jī)硅烷水解，生成硅醇。 ()玻璃纖維表面吸水，生成羥基。玻璃纖維表面吸水，生成

13、羥基。SiXRXX+H2OSiHOROHR3HXSiOHOSiOHO整理ppt12 ()硅醇與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)，又分三步硅醇與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)，又分三步 第一步第一步：硅酸與吸水的玻璃纖維表面生成氫鍵；：硅酸與吸水的玻璃纖維表面生成氫鍵；SiHOROOHHHOSiSiHOROOHHHOSiOO整理ppt13v第二步第二步：低溫干燥：低溫干燥(水分蒸發(fā)水分蒸發(fā))，硅醇進(jìn)行醚化反應(yīng)；，硅醇進(jìn)行醚化反應(yīng)；v第三步第三步：高溫干燥：高溫干燥(水分蒸發(fā)水分蒸發(fā))，硅醇與吸水玻璃纖維間進(jìn)行，硅醇與吸水玻璃纖維間進(jìn)行醚化反應(yīng)；醚化反應(yīng)；SiHOROOHHOSiSiOROOHHHOSiOHHO-H

14、2OSiHOROOHHOSiSiOROOHHHOSiOOHHOOSiHOROOHHOSiSiOROOHHHOSiOOHHO-H2OSiOROOSiROSiSiO整理ppt14v 偶聯(lián)劑處理后纖維的性能：偶聯(lián)劑處理后纖維的性能： 1 有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維的表面結(jié)合起來了有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維的表面結(jié)合起來了。 有機(jī)硅烷中的有機(jī)硅烷中的R基團(tuán)將與基體樹脂反應(yīng)，改變了玻璃纖維表基團(tuán)將與基體樹脂反應(yīng)，改變了玻璃纖維表面原來的性質(zhì)，使之具有憎水而親基體樹脂的性質(zhì)。面原來的性質(zhì)，使之具有憎水而親基體樹脂的性質(zhì)。 2 X基團(tuán)：基團(tuán)：有機(jī)硅烷中的有機(jī)硅烷中的X基團(tuán)不同，將影響到偶聯(lián)劑水解和基團(tuán)不同，將影

15、響到偶聯(lián)劑水解和相互間聚合的速度，以及與玻璃纖維間的偶聯(lián)效果。目前采相互間聚合的速度，以及與玻璃纖維間的偶聯(lián)效果。目前采用較多的是用較多的是X基團(tuán)為甲氧基或乙氧基的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑。其基團(tuán)為甲氧基或乙氧基的有機(jī)硅烷偶聯(lián)劑。其水解速度比較緩慢，水解析出的甲醇和乙醇無腐蝕性，所生水解速度比較緩慢，水解析出的甲醇和乙醇無腐蝕性，所生成的硅醇比較穩(wěn)定可在水介質(zhì)條件下同玻璃纖維表面進(jìn)行成的硅醇比較穩(wěn)定可在水介質(zhì)條件下同玻璃纖維表面進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)。 3 有機(jī)硅烷所帶的有機(jī)硅烷所帶的另一個(gè)基團(tuán)另一個(gè)基團(tuán)R，將與基體樹脂反應(yīng)，不同的，將與基體樹脂反應(yīng)，不同的R基團(tuán)，適用于不同類型的樹脂?；鶊F(tuán)，適用于不同類型的樹

16、脂。 整理ppt15v(2)有機(jī)絡(luò)合物類偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理有機(jī)絡(luò)合物類偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機(jī)理 另一大類偶聯(lián)劑是另一大類偶聯(lián)劑是有機(jī)絡(luò)合物有機(jī)絡(luò)合物。它們是有機(jī)酸與氯化鉻的絡(luò)合物。它們是有機(jī)酸與氯化鉻的絡(luò)合物。該類偶聯(lián)劑在無水條件下結(jié)構(gòu)式為：該類偶聯(lián)劑在無水條件下結(jié)構(gòu)式為： 應(yīng)用較多的是應(yīng)用較多的是甲基丙烯酸氯化鉻鹽甲基丙烯酸氯化鉻鹽；即；即“沃蘭沃蘭”(Vo1an)，其結(jié)構(gòu)式為：，其結(jié)構(gòu)式為：COOCrClClOCrClClHCCOOCrClClOCrClClHH3CCH2整理ppt16v 沃蘭對玻璃纖維表面的處理機(jī)理如下：沃蘭對玻璃纖維表面的處理機(jī)理如下： ()沃蘭水解沃蘭水解CCOOCrClClO

17、CrClClHH3CCH2水解+H2OCCOOCrHOHOOCrOHOHHH3CCH2+ HCl整理ppt17()玻璃纖維表面吸水，生成羥基。玻璃纖維表面吸水，生成羥基。()沃蘭與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)可分兩步：沃蘭與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)可分兩步：第一步：第一步：沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面間形成沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面間形成氫鍵氫鍵：CCOOCrOOOCrOOHH3CCH2HHHHHOSiOHOSiOHOCCOOCrOOCrOOHH3CCH2HHHOSiOHOSiH整理ppt18 第二步：第二步：干燥（脫水干燥（脫水)，沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面，沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面間縮合間

18、縮合醚化反應(yīng)；醚化反應(yīng)； 沃蘭的沃蘭的R基團(tuán)基團(tuán)(CH3-C=CH2)及及CrOH(CrCl)將與基體將與基體樹脂反應(yīng)。樹脂反應(yīng)。CCCH2H3COOCrCrOOHOSiOSiOOOOCCCH2H3COOCrCrOHOSiOSiOOOH2O整理ppt19v2）表面偶聯(lián)劑的處理效果）表面偶聯(lián)劑的處理效果 改進(jìn)了纖維及其復(fù)合材料改進(jìn)了纖維及其復(fù)合材料耐水、電絕緣及老化耐水、電絕緣及老化等性能，顯等性能，顯著地提高了玻璃纖維濕態(tài)性能。著地提高了玻璃纖維濕態(tài)性能。 玻璃纖維復(fù)合材料的各項(xiàng)性能均有改進(jìn)，表明偶聯(lián)劑既玻璃纖維復(fù)合材料的各項(xiàng)性能均有改進(jìn)，表明偶聯(lián)劑既保保護(hù)了玻璃纖維的表面護(hù)了玻璃纖維的表面，

19、又，又增強(qiáng)了纖維與樹脂界面的粘結(jié)增強(qiáng)了纖維與樹脂界面的粘結(jié)，防防止了水分和其它有害介質(zhì)止了水分和其它有害介質(zhì)的浸蝕。的浸蝕。 整理ppt20v3）常用的偶聯(lián)劑）常用的偶聯(lián)劑 (1)耐高溫型偶聯(lián)劑耐高溫型偶聯(lián)劑 如適用于聚苯并咪唑（如適用于聚苯并咪唑（PBI）和聚酰亞胺）和聚酰亞胺(PI)玻璃纖維復(fù)玻璃纖維復(fù)合材料的偶聯(lián)劑，是一類帶有苯環(huán)芳香族硅烷，這類偶聯(lián)劑合材料的偶聯(lián)劑，是一類帶有苯環(huán)芳香族硅烷，這類偶聯(lián)劑都含有穩(wěn)定的都含有穩(wěn)定的苯環(huán)苯環(huán)和能和能與樹脂反應(yīng)的官能團(tuán)與樹脂反應(yīng)的官能團(tuán)。 (2)過氧化物型偶聯(lián)劑過氧化物型偶聯(lián)劑 既是既是偶聯(lián)劑偶聯(lián)劑又是又是引發(fā)劑、增粘劑引發(fā)劑、增粘劑。加熱時(shí)，由

20、于熱裂解而。加熱時(shí)，由于熱裂解而產(chǎn)生自由基，通過自由基反應(yīng)可以和有機(jī)物或無機(jī)物起化學(xué)產(chǎn)生自由基，通過自由基反應(yīng)可以和有機(jī)物或無機(jī)物起化學(xué)鍵合作用。鍵合作用。 除上述偶聯(lián)劑外，新型偶聯(lián)劑還有除上述偶聯(lián)劑外，新型偶聯(lián)劑還有陽離子型、鈦酸酯型、陽離子型、鈦酸酯型、鋁酸酯型和稀土鋁酸酯型和稀土類等。類等。整理ppt213.4 聚合物基復(fù)合材料的界面聚合物基復(fù)合材料的界面 聚合物基復(fù)合材料界面的形成大體分為聚合物基復(fù)合材料界面的形成大體分為兩個(gè)階段兩個(gè)階段： 1、基體與增強(qiáng)材料的、基體與增強(qiáng)材料的接觸與潤濕接觸與潤濕過程。過程。 2、聚合物的、聚合物的固化過程固化過程。v3.4.1復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的類型

21、復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的類型 由于各種組分的性質(zhì)、狀態(tài)和形態(tài)的不同，可以制造出由于各種組分的性質(zhì)、狀態(tài)和形態(tài)的不同，可以制造出不同復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。復(fù)合結(jié)構(gòu)按其織態(tài)結(jié)構(gòu)一般可不同復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。復(fù)合結(jié)構(gòu)按其織態(tài)結(jié)構(gòu)一般可分以下五個(gè)類型：分以下五個(gè)類型： 1.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指在復(fù)合材料組分中，一相是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指在復(fù)合材料組分中，一相是三維連續(xù)三維連續(xù)，另，另一相為一相為二維連續(xù)的或者兩相都是三維連續(xù)二維連續(xù)的或者兩相都是三維連續(xù)的。的。整理ppt22v2.層狀結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu) 兩組分均為兩組分均為二維連續(xù)二維連續(xù)相。所形成的材料在垂直于增強(qiáng)相和相。所形成的材料在垂直于增強(qiáng)相和平行于增強(qiáng)

22、相的方向上，其力學(xué)等性質(zhì)是不同的，特別是層平行于增強(qiáng)相的方向上，其力學(xué)等性質(zhì)是不同的，特別是層間剪切強(qiáng)度低。間剪切強(qiáng)度低。v3.單向結(jié)構(gòu)單向結(jié)構(gòu) 纖維纖維單向單向增強(qiáng)及增強(qiáng)及筒狀筒狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。v4.分散狀結(jié)構(gòu)分散狀結(jié)構(gòu) 以不連續(xù)相的以不連續(xù)相的粒狀或短纖維粒狀或短纖維為填料為填料(增強(qiáng)材料增強(qiáng)材料)的復(fù)合材料。的復(fù)合材料。在這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料中，聚合物為在這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料中，聚合物為三維連續(xù)相三維連續(xù)相，增強(qiáng)材料，增強(qiáng)材料為為不連續(xù)相不連續(xù)相。v5.鑲嵌結(jié)構(gòu)鑲嵌結(jié)構(gòu) 分段鑲嵌的結(jié)構(gòu)，是由各種分段鑲嵌的結(jié)構(gòu)，是由各種粉狀粉狀物質(zhì)通過物質(zhì)通過高溫?zé)Y(jié)高溫?zé)Y(jié)而形成而形成不同

23、相而結(jié)合形成的。不同相而結(jié)合形成的。整理ppt23v3.4.2 復(fù)合材料的復(fù)合效果復(fù)合材料的復(fù)合效果 1.組分效果組分效果 是在已知組分的物理、力學(xué)性能的情況下，不考慮組分是在已知組分的物理、力學(xué)性能的情況下，不考慮組分的形狀、取向、尺寸等狀態(tài)復(fù)雜的變量影響，而只把組成的形狀、取向、尺寸等狀態(tài)復(fù)雜的變量影響，而只把組成(體積分?jǐn)?shù)、重量分?jǐn)?shù)等體積分?jǐn)?shù)、重量分?jǐn)?shù)等)作為變量來考慮所產(chǎn)生的效果。作為變量來考慮所產(chǎn)生的效果。組分效果又分為兩種情況，即組分效果又分為兩種情況，即加和加和效果和效果和相補(bǔ)相補(bǔ)效果效果。v2.結(jié)構(gòu)效果結(jié)構(gòu)效果 指復(fù)合物性能僅用組分性質(zhì)及組成作為指復(fù)合物性能僅用組分性質(zhì)及組成作

24、為Y的函數(shù)描述時(shí)，的函數(shù)描述時(shí)，必須考慮必須考慮連續(xù)相和分散相的結(jié)構(gòu)形狀、取向連續(xù)相和分散相的結(jié)構(gòu)形狀、取向(定向定向)、尺寸、尺寸等因素等因素。結(jié)構(gòu)效果又可分為。結(jié)構(gòu)效果又可分為形狀效果、取向效果和尺寸效形狀效果、取向效果和尺寸效果果三類。三類。v 3.界面效果界面效果 由于界面的存在顯示出復(fù)合材料的各種性能。并由于界由于界面的存在顯示出復(fù)合材料的各種性能。并由于界面結(jié)構(gòu)的變化而引起復(fù)合材料性能的變化。面結(jié)構(gòu)的變化而引起復(fù)合材料性能的變化。整理ppt24v3.4.3聚合物基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)聚合物基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu) 1.樹脂抑制層與界面區(qū)樹脂抑制層與界面區(qū) 1）樹脂抑制層樹脂抑制層 在復(fù)合

25、材料中，越接近增強(qiáng)材料的表面，微膠束排列在復(fù)合材料中，越接近增強(qiáng)材料的表面，微膠束排列得越有序。在增強(qiáng)材料表面形成的樹脂微膠束有序?qū)臃Q為得越有序。在增強(qiáng)材料表面形成的樹脂微膠束有序?qū)臃Q為“樹脂抑制層樹脂抑制層”。 2）界面區(qū)界面區(qū) 界面區(qū)：界面區(qū)：由基體和增強(qiáng)材料的界面再加上基體和增強(qiáng)材由基體和增強(qiáng)材料的界面再加上基體和增強(qiáng)材料表面的薄層構(gòu)成料表面的薄層構(gòu)成。 有時(shí)界面區(qū)還應(yīng)包括偶聯(lián)劑生成的偶合化合物，它是與有時(shí)界面區(qū)還應(yīng)包括偶聯(lián)劑生成的偶合化合物，它是與增強(qiáng)材料的表面層、樹脂基體的表面層結(jié)合為一個(gè)整體的。增強(qiáng)材料的表面層、樹脂基體的表面層結(jié)合為一個(gè)整體的。 從微觀角度，界面區(qū)可被看作是從微觀

26、角度，界面區(qū)可被看作是由表面原子及亞表面原由表面原子及亞表面原子構(gòu)成的子構(gòu)成的。基體和增強(qiáng)材料表面原子間的距離，取決了原?；w和增強(qiáng)材料表面原子間的距離，取決了原子間的化學(xué)親合力、原子和基團(tuán)的大小，以及復(fù)合材料制子間的化學(xué)親合力、原子和基團(tuán)的大小，以及復(fù)合材料制成后界面上產(chǎn)生的收縮量。成后界面上產(chǎn)生的收縮量。整理ppt25v 界面區(qū)的作用：界面區(qū)的作用：是使基體與增強(qiáng)材料形成一是使基體與增強(qiáng)材料形成一個(gè)整體，通過它個(gè)整體，通過它傳遞應(yīng)力傳遞應(yīng)力。 如果增強(qiáng)材料表面沒有應(yīng)力集中，而且全部表如果增強(qiáng)材料表面沒有應(yīng)力集中，而且全部表面都形成了界面，則界面區(qū)傳遞應(yīng)力是均勻的。若面都形成了界面，則界面區(qū)

27、傳遞應(yīng)力是均勻的。若基體與增強(qiáng)材料間的潤濕性不好，膠接面不完全，基體與增強(qiáng)材料間的潤濕性不好，膠接面不完全，應(yīng)力的傳遞面積僅為增強(qiáng)材料總面積的一部分。所應(yīng)力的傳遞面積僅為增強(qiáng)材料總面積的一部分。所以，為使復(fù)合材料內(nèi)部能均勻地傳遞應(yīng)力，顯示出以，為使復(fù)合材料內(nèi)部能均勻地傳遞應(yīng)力，顯示出優(yōu)良的性能，要求在復(fù)合材料的制備過程中形成一優(yōu)良的性能，要求在復(fù)合材料的制備過程中形成一個(gè)完整的界面區(qū)。個(gè)完整的界面區(qū)。整理ppt26v2.界面結(jié)構(gòu)界面結(jié)構(gòu) 1）粉狀填料復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)）粉狀填料復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu) 根據(jù)填料的根據(jù)填料的表面能表面能Ea和樹脂基體的和樹脂基體的內(nèi)聚能密度內(nèi)聚能密度Ed的相對的相對大

28、小，可把填料分為大小，可把填料分為活性活性填料和填料和非活性非活性填料。填料。 EaEd 為活性填料為活性填料 EaEd 為非活性填料為非活性填料 當(dāng)填料是活性填料時(shí)，則在界面力的作用下界面區(qū)形成當(dāng)填料是活性填料時(shí)，則在界面力的作用下界面區(qū)形成“致密層致密層”。在。在“致密層致密層”附近形成附近形成“松散層松散層”，對于非活，對于非活性填料，則僅有性填料，則僅有“松散層松散層”存在?？砂呀缑娼Y(jié)構(gòu)示意描述如存在?？砂呀缑娼Y(jié)構(gòu)示意描述如下：下： 活性填料：基體松散層致密層活性填料活性填料：基體松散層致密層活性填料 非活性填料：基體松散層非活性填料非活性填料：基體松散層非活性填料整理ppt27v2）

29、連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)）連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu) 連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材科的結(jié)構(gòu)與粉狀填料連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材科的結(jié)構(gòu)與粉狀填料復(fù)合材料不同。復(fù)合材料不同。 連續(xù)纖維連續(xù)纖維增強(qiáng)為增強(qiáng)為二個(gè)連續(xù)相二個(gè)連續(xù)相的復(fù)合，的復(fù)合， 粉狀粉狀填料為一個(gè)填料為一個(gè)連續(xù)相和一個(gè)分散相連續(xù)相和一個(gè)分散相的復(fù)合。的復(fù)合。整理ppt28v3.界面作用機(jī)理界面作用機(jī)理 1）化學(xué)鍵理論化學(xué)鍵理論 基體表面上的基體表面上的官能團(tuán)與纖維表面上的官能團(tuán)起化學(xué)反應(yīng)官能團(tuán)與纖維表面上的官能團(tuán)起化學(xué)反應(yīng)，因此在基體與纖維間產(chǎn)生因此在基體與纖維間產(chǎn)生化學(xué)鍵化學(xué)鍵的結(jié)合，形成界面。如：偶的結(jié)合，形成界面。如：偶聯(lián)劑的應(yīng)用而得

30、到證實(shí)，故也稱聯(lián)劑的應(yīng)用而得到證實(shí)，故也稱“偶聯(lián)偶聯(lián)”理論。理論。 化學(xué)鍵理論一直比較廣泛地被用來解釋偶聯(lián)劑的作用。它化學(xué)鍵理論一直比較廣泛地被用來解釋偶聯(lián)劑的作用。它對指導(dǎo)選擇偶聯(lián)劑有一定的實(shí)際意義。但是，化學(xué)鍵理論對指導(dǎo)選擇偶聯(lián)劑有一定的實(shí)際意義。但是，化學(xué)鍵理論不不能解釋為什么有的偶聯(lián)劑官能團(tuán)不能與樹脂反應(yīng)能解釋為什么有的偶聯(lián)劑官能團(tuán)不能與樹脂反應(yīng)，卻仍有較，卻仍有較好的處理效果。好的處理效果。整理ppt29v2）浸潤理論）浸潤理論 兩相間的結(jié)合模式屬于兩相間的結(jié)合模式屬于機(jī)械粘接與潤濕吸附機(jī)械粘接與潤濕吸附。物理吸附主要是范德華力的作用，使兩相間進(jìn)行粘物理吸附主要是范德華力的作用，使兩

31、相間進(jìn)行粘附。兩組分間如能實(shí)現(xiàn)完全浸潤，則樹脂在高能表附。兩組分間如能實(shí)現(xiàn)完全浸潤，則樹脂在高能表面的物理吸附所提供的面的物理吸附所提供的粘接強(qiáng)度粘接強(qiáng)度，將大大超過樹脂，將大大超過樹脂的的內(nèi)聚內(nèi)聚強(qiáng)度。強(qiáng)度。 要獲得好的表面浸潤，基體起初必須是低粘度，要獲得好的表面浸潤，基體起初必須是低粘度，且其表面張力低于無機(jī)物表面臨界表面張力。一般且其表面張力低于無機(jī)物表面臨界表面張力。一般無機(jī)物固體表面具有很高的臨界表面張力。但很多無機(jī)物固體表面具有很高的臨界表面張力。但很多親水無機(jī)物在大氣中與濕氣平衡時(shí)，都被吸附水所親水無機(jī)物在大氣中與濕氣平衡時(shí)，都被吸附水所覆蓋，這將影響樹脂對表面的浸潤。覆蓋，這

32、將影響樹脂對表面的浸潤。整理ppt30v3）減弱）減弱界面局部應(yīng)力界面局部應(yīng)力作用理論作用理論 當(dāng)聚合物基復(fù)合材料固化時(shí)，聚合物當(dāng)聚合物基復(fù)合材料固化時(shí)，聚合物基體產(chǎn)生收縮基體產(chǎn)生收縮。而。而且，基體與纖維的熱膨脹系數(shù)相差較大，因此在固化過程中，且，基體與纖維的熱膨脹系數(shù)相差較大，因此在固化過程中，纖維與基體界面上就會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。這種附加應(yīng)力會(huì)使界纖維與基體界面上就會(huì)產(chǎn)生附加應(yīng)力。這種附加應(yīng)力會(huì)使界面破壞，導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降。此外，由外載荷作用產(chǎn)生面破壞，導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降。此外，由外載荷作用產(chǎn)生的應(yīng)力，在復(fù)合材料中的分布也是不均勻的，因從復(fù)合材料的應(yīng)力，在復(fù)合材料中的分布也是不均勻的，

33、因從復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)可知，纖維與樹脂的界面不是平滑的，結(jié)果在界的微觀結(jié)構(gòu)可知，纖維與樹脂的界面不是平滑的，結(jié)果在界面上某些部位集中了比平均應(yīng)力高的應(yīng)力，這種應(yīng)力集中將面上某些部位集中了比平均應(yīng)力高的應(yīng)力，這種應(yīng)力集中將首先使纖維與基體間的化學(xué)鍵斷裂，使復(fù)合材料內(nèi)部形成微首先使纖維與基體間的化學(xué)鍵斷裂，使復(fù)合材料內(nèi)部形成微裂紋，這樣也會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。裂紋，這樣也會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。 整理ppt31v 增強(qiáng)材料經(jīng)偶聯(lián)劑處理后，能減緩上述幾種應(yīng)增強(qiáng)材料經(jīng)偶聯(lián)劑處理后，能減緩上述幾種應(yīng)力的作用。對界面的形成及其作用提出了幾種理論：力的作用。對界面的形成及其作用提出了幾種理論： 1、偶

34、聯(lián)劑在界面上形成了一層塑性層，它能松弛偶聯(lián)劑在界面上形成了一層塑性層，它能松弛界面的應(yīng)力，減小界面應(yīng)力的作用，這種理論稱為界面的應(yīng)力，減小界面應(yīng)力的作用，這種理論稱為“變形層理論變形層理論”； 2、偶聯(lián)劑是界面區(qū)的組成部分這部分是介于高偶聯(lián)劑是界面區(qū)的組成部分這部分是介于高模量增強(qiáng)材料和低模量基體之間的中等模量物質(zhì)，模量增強(qiáng)材料和低模量基體之間的中等模量物質(zhì)，能起到均勻傳遞應(yīng)力，從而減弱界面應(yīng)力的作用，能起到均勻傳遞應(yīng)力，從而減弱界面應(yīng)力的作用，這種理論稱為這種理論稱為“抑制層理論抑制層理論”。整理ppt32v4）摩擦理論）摩擦理論 基體與增強(qiáng)材料間界面的形成基體與增強(qiáng)材料間界面的形成(粘接粘

35、接)完全是由于完全是由于摩擦作用。兩者間的摩擦作用。兩者間的摩擦系數(shù)摩擦系數(shù)決定了復(fù)合材料的強(qiáng)決定了復(fù)合材料的強(qiáng)度。偶聯(lián)劑的作用在于度。偶聯(lián)劑的作用在于增加了兩相間的摩擦系數(shù)增加了兩相間的摩擦系數(shù)，使復(fù)合材料的強(qiáng)度提高。使復(fù)合材料的強(qiáng)度提高。 對于水等低分子物浸入后，復(fù)合材料的強(qiáng)度下對于水等低分子物浸入后，復(fù)合材料的強(qiáng)度下降，但干燥后強(qiáng)度又能部分恢復(fù)的現(xiàn)象，這是由于降，但干燥后強(qiáng)度又能部分恢復(fù)的現(xiàn)象，這是由于水浸入界面后，基體與增強(qiáng)材料間的摩擦系數(shù)減小，水浸入界面后，基體與增強(qiáng)材料間的摩擦系數(shù)減小，界面?zhèn)鬟f應(yīng)力的能力減弱，故強(qiáng)度降低，而干燥后界面?zhèn)鬟f應(yīng)力的能力減弱，故強(qiáng)度降低，而干燥后界面內(nèi)的

36、水減少，基體與增強(qiáng)材料間的摩擦系數(shù)增界面內(nèi)的水減少，基體與增強(qiáng)材料間的摩擦系數(shù)增大，傳遞應(yīng)力的能力增加，故強(qiáng)度部分地恢復(fù)。大，傳遞應(yīng)力的能力增加，故強(qiáng)度部分地恢復(fù)。 整理ppt33v3.4.4 復(fù)合材料界面的研究方法復(fù)合材料界面的研究方法 1.浸潤性的測定浸潤性的測定 若基體能完全潤濕被粘附的固體表面，則基體與被粘附固若基體能完全潤濕被粘附的固體表面，則基體與被粘附固體間的粘附強(qiáng)度將超過基體的內(nèi)聚強(qiáng)度。體間的粘附強(qiáng)度將超過基體的內(nèi)聚強(qiáng)度。 1）靜態(tài)法測定接觸角靜態(tài)法測定接觸角 靜態(tài)法測定接觸角，通常多用于測定玻璃纖維與液態(tài)樹靜態(tài)法測定接觸角，通常多用于測定玻璃纖維與液態(tài)樹脂間的接觸角。測量儀器

37、主要是各種角度測定儀，也可以用脂間的接觸角。測量儀器主要是各種角度測定儀，也可以用其它物理方法進(jìn)行測定。其它物理方法進(jìn)行測定。 2）動(dòng)態(tài)浸潤速率的測定動(dòng)態(tài)浸潤速率的測定 基本原理：基本原理：是纖維束是纖維束(試樣試樣)底面上所受的壓力，等于纖維束底面上所受的壓力，等于纖維束浸潤樹脂部分所受的浮力，此壓力作用下致使樹脂滲進(jìn)單向浸潤樹脂部分所受的浮力，此壓力作用下致使樹脂滲進(jìn)單向排列的纖維束間隙中去，樹脂的滲進(jìn)速度取決于纖維與樹脂排列的纖維束間隙中去，樹脂的滲進(jìn)速度取決于纖維與樹脂間的浸潤性和浸潤速率。間的浸潤性和浸潤速率。整理ppt34v3）表面反應(yīng)性的測定表面反應(yīng)性的測定 通?？梢圆捎萌芤何?/p>

38、法來研究碳纖維的處理通?？梢圆捎萌芤何椒▉硌芯刻祭w維的處理前后反應(yīng)性的變化。如用亞甲基蘭作為吸附質(zhì)，用前后反應(yīng)性的變化。如用亞甲基蘭作為吸附質(zhì)，用分光光度法分析吸附前后溶液濃度的變化，在某分光光度法分析吸附前后溶液濃度的變化，在某溫度下進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn)，得到吸附等溫值，并按溫度下進(jìn)行等溫吸附試驗(yàn)，得到吸附等溫值，并按Langmin直線方程處理，求得最大吸附量作為纖維直線方程處理，求得最大吸附量作為纖維表面反應(yīng)性的表征。吸附量的公式如下：表面反應(yīng)性的表征。吸附量的公式如下：WVCCX) ( 式中：X吸附量，摩爾/克；C起始的溶液濃度，摩爾/升；C吸附平衡后的溶液濃度，摩爾/升；V吸附溶液的體積

39、，升； W纖維的重量，克。整理ppt35v2.顯微鏡觀察法顯微鏡觀察法 直觀研究復(fù)合材料直觀研究復(fù)合材料表面和界面表面和界面的方法，主要用于對纖維的的方法，主要用于對纖維的表面形態(tài)表面形態(tài)、復(fù)合材料、復(fù)合材料斷面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)斷面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)進(jìn)行觀察。這種方法進(jìn)行觀察。這種方法又可分為掃描電子顯微鏡觀察和光學(xué)顯微鏡觀察兩種。又可分為掃描電子顯微鏡觀察和光學(xué)顯微鏡觀察兩種。 通過掃描電鏡可觀察到復(fù)合材料的通過掃描電鏡可觀察到復(fù)合材料的破壞斷面破壞斷面狀態(tài)。狀態(tài)。v3.紅外光譜法與拉曼光譜法紅外光譜法與拉曼光譜法 通過通過紅外光譜紅外光譜分析來研究表面和界面的方法?？梢粤私夥治鰜硌芯勘砻婧徒缑娴姆椒?/p>

40、?？梢粤私馕镔|(zhì)在增強(qiáng)材料表面是發(fā)生了物質(zhì)在增強(qiáng)材料表面是發(fā)生了物理吸附還是化學(xué)吸附物理吸附還是化學(xué)吸附。 拉曼光譜法拉曼光譜法是利用氬激光激發(fā)的拉曼光譜來研究表面和是利用氬激光激發(fā)的拉曼光譜來研究表面和界面，它可用于界面，它可用于研究偶聯(lián)劑與玻璃纖維間研究偶聯(lián)劑與玻璃纖維間的粘接。的粘接。整理ppt36v4.能譜儀法能譜儀法 用于纖維表面用于纖維表面偶聯(lián)劑處理前后偶聯(lián)劑處理前后的研究、用于界面的研究。的研究、用于界面的研究?？闪私獾浇缑骈g有否可了解到界面間有否化學(xué)鍵化學(xué)鍵存在，偶聯(lián)劑的存在，偶聯(lián)劑的作用機(jī)理作用機(jī)理也進(jìn)一也進(jìn)一步得到證實(shí)。步得到證實(shí)。 確切確切判斷粘接破壞發(fā)生的部位判斷粘接破壞

41、發(fā)生的部位，因而可以很好地研究界，因而可以很好地研究界面的面的破壞機(jī)理破壞機(jī)理，以及改進(jìn)界面狀況以提高復(fù)合材料的性能。，以及改進(jìn)界面狀況以提高復(fù)合材料的性能。v5.X射線衍射法射線衍射法 利用公式利用公式2dsin（為為X射線波長，射線波長，d為晶體間距，為晶體間距，為為布拉格角）測定由于纖維變形而引起布拉格角的變化。可研布拉格角）測定由于纖維變形而引起布拉格角的變化?？裳芯烤吭鰪?qiáng)材料與基體之間的粘接強(qiáng)度增強(qiáng)材料與基體之間的粘接強(qiáng)度。 整理ppt37v(六六)界面力測定法界面力測定法 研究增強(qiáng)材料與基體間的研究增強(qiáng)材料與基體間的界面強(qiáng)度界面強(qiáng)度。 1）光彈技術(shù)光彈技術(shù) 測定出測定出基體與增強(qiáng)材

42、料間界面上的應(yīng)力基體與增強(qiáng)材料間界面上的應(yīng)力。 將復(fù)合材料放入水中，利用光彈技術(shù)可觀察到：將復(fù)合材料放入水中，利用光彈技術(shù)可觀察到： A 由于界面上存在附加應(yīng)力由于界面上存在附加應(yīng)力(如存在收縮應(yīng)力如存在收縮應(yīng)力)而表現(xiàn)出來的而表現(xiàn)出來的 光學(xué)各向異性光學(xué)各向異性。 B 經(jīng)過偶聯(lián)劑處理，或未經(jīng)偶聯(lián)劑處理的增強(qiáng)材料，經(jīng)過偶聯(lián)劑處理，或未經(jīng)偶聯(lián)劑處理的增強(qiáng)材料，與基體與基體 間界面的粘接強(qiáng)度不同間界面的粘接強(qiáng)度不同，阻止水對界面破壞的能力不同。，阻止水對界面破壞的能力不同。整理ppt38v2）單絲拔脫試驗(yàn)法單絲拔脫試驗(yàn)法 單絲拔脫：單絲拔脫：將增強(qiáng)材料的單絲或細(xì)棒垂直埋入基將增強(qiáng)材料的單絲或細(xì)棒垂

43、直埋入基體的澆注圓片中，然后將單絲或細(xì)棒從基體中拔出，體的澆注圓片中，然后將單絲或細(xì)棒從基體中拔出，測定出它們之間界面的測定出它們之間界面的剪切強(qiáng)度剪切強(qiáng)度。 研究界面的方法，還有研究界面的方法，還有放射性示蹤法放射性示蹤法、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕法法等。等。整理ppt393.5 聚合物基復(fù)合材料界面的破壞聚合物基復(fù)合材料界面的破壞v3.5.1 界面粘接強(qiáng)度和斷裂的表面形態(tài)界面粘接強(qiáng)度和斷裂的表面形態(tài) 纖維纖維-樹脂基體間樹脂基體間界面界面的存在，賦予纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的的存在，賦予纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性。復(fù)合材料斷裂時(shí)，不僅斷裂力學(xué)行為與界面有關(guān)，完整性。復(fù)合材料斷裂時(shí)，不僅斷裂力學(xué)行為與界面有關(guān)

44、，而且復(fù)合材料斷裂表面形態(tài)與界面的粘接強(qiáng)度有關(guān)。而且復(fù)合材料斷裂表面形態(tài)與界面的粘接強(qiáng)度有關(guān)。粘接粘接好的界面好的界面，纖維上粘附有樹脂；而，纖維上粘附有樹脂；而粘接不好的界面粘接不好的界面，其斷，其斷面上拔出來的纖維是光禿而不粘附有樹脂。面上拔出來的纖維是光禿而不粘附有樹脂。 纖維纖維-樹脂間界面粘接行為。由于界面粘接作用，樹脂間界面粘接行為。由于界面粘接作用，受力受力前在纖維或樹脂中無應(yīng)變前在纖維或樹脂中無應(yīng)變。受力后，樹脂中產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)受力后，樹脂中產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)變變，纖維通過界面粘接而，纖維通過界面粘接而“抓住抓住”樹脂施加影響。樹脂施加影響。整理ppt40v 纖維中纖維中載荷的變化（圖

45、載荷的變化（圖3-8）。載荷通過界面上。載荷通過界面上的一種切變機(jī)理傳遞到纖維上。纖維端部切應(yīng)力最的一種切變機(jī)理傳遞到纖維上。纖維端部切應(yīng)力最大，并在離開端部一定距離后衰減到零。而纖維端大，并在離開端部一定距離后衰減到零。而纖維端部的張應(yīng)力為零它朝纖維的中部逐漸增大。纖維部的張應(yīng)力為零它朝纖維的中部逐漸增大。纖維長徑比越大長徑比越大，它所承受的，它所承受的平均應(yīng)力也越大平均應(yīng)力也越大，模量的模量的增加也越大增加也越大。在纖維端部存在高切變應(yīng)力，可認(rèn)為。在纖維端部存在高切變應(yīng)力，可認(rèn)為是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的原因。是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的原因。v 界面粘接的界面粘接的好壞與斷裂表面形貌好壞與斷裂表面形貌（圖（圖

46、3-9）。）。單單向向復(fù)合材料平行于纖維承受拉伸載荷且有強(qiáng)粘接的復(fù)合材料平行于纖維承受拉伸載荷且有強(qiáng)粘接的斷裂表面，顯示出整個(gè)表面平滑和高的靜態(tài)強(qiáng)度，斷裂表面，顯示出整個(gè)表面平滑和高的靜態(tài)強(qiáng)度，有缺口敏感的傾向。而有中等粘接強(qiáng)度的試樣，呈有缺口敏感的傾向。而有中等粘接強(qiáng)度的試樣，呈現(xiàn)不規(guī)則的斷面，并有纖維拔出。如果粘接很不好現(xiàn)不規(guī)則的斷面，并有纖維拔出。如果粘接很不好的界面，則斷面明顯地不規(guī)則，并有纖維拔出，斷的界面，則斷面明顯地不規(guī)則，并有纖維拔出，斷面的另一面有孔洞。面的另一面有孔洞。整理ppt41v3.5.3 界面的破壞界面的破壞 復(fù)合材料的破壞機(jī)理，要從復(fù)合材料的破壞機(jī)理，要從增強(qiáng)材料

47、、基體增強(qiáng)材料、基體、及其及其界面在載荷作用界面在載荷作用和介質(zhì)作用下的變化來進(jìn)行和介質(zhì)作用下的變化來進(jìn)行研究。研究。 1.界面破壞和界面微裂紋發(fā)展過程的能量變化界面破壞和界面微裂紋發(fā)展過程的能量變化 在復(fù)合材料中，無論是在基體、增強(qiáng)材料還是在復(fù)合材料中，無論是在基體、增強(qiáng)材料還是在界面中，均有微裂紋存在，它們在外力或其它在界面中，均有微裂紋存在，它們在外力或其它因素作用下，都會(huì)按照自身的一定規(guī)律擴(kuò)展，最因素作用下，都會(huì)按照自身的一定規(guī)律擴(kuò)展，最終導(dǎo)致復(fù)合材料的破壞。終導(dǎo)致復(fù)合材料的破壞。整理ppt42v 當(dāng)微裂紋受外界因素當(dāng)微裂紋受外界因素(載荷或其它條件載荷或其它條件)作用時(shí)，作用時(shí)，其擴(kuò)

48、展的過程將是其擴(kuò)展的過程將是逐漸貫穿基體，最后達(dá)到纖維表逐漸貫穿基體，最后達(dá)到纖維表面面。隨著裂紋的擴(kuò)展，將逐漸消耗能量。由于能量。隨著裂紋的擴(kuò)展，將逐漸消耗能量。由于能量的消耗，裂紋的擴(kuò)展速度將減慢，對于垂直于纖維的消耗，裂紋的擴(kuò)展速度將減慢，對于垂直于纖維表面的裂紋峰，還由于能量的消耗將減緩它對纖維表面的裂紋峰，還由于能量的消耗將減緩它對纖維的沖擊。假定在此過程中沒有能量的消耗，則絕大的沖擊。假定在此過程中沒有能量的消耗，則絕大部分能量都集中在裂紋峰上，裂紋峰沖擊纖維時(shí)，部分能量都集中在裂紋峰上，裂紋峰沖擊纖維時(shí)，就可能穿透纖維，導(dǎo)致纖維及整個(gè)復(fù)合材料的破壞，就可能穿透纖維，導(dǎo)致纖維及整個(gè)

49、復(fù)合材料的破壞，這種破壞具有脆性破壞特征。通過提高碳纖維和環(huán)這種破壞具有脆性破壞特征。通過提高碳纖維和環(huán)氧樹脂的粘接強(qiáng)度，就能觀察到這種脆性破壞。另氧樹脂的粘接強(qiáng)度，就能觀察到這種脆性破壞。另外，也可觀察到有些聚酯及環(huán)氧樹脂復(fù)合材料破壞外，也可觀察到有些聚酯及環(huán)氧樹脂復(fù)合材料破壞時(shí)，不是脆性破壞，而是逐漸破壞的過程。時(shí)，不是脆性破壞，而是逐漸破壞的過程。整理ppt43v 在界面上，基體與增強(qiáng)材料間形成的鍵可分為兩類，一在界面上，基體與增強(qiáng)材料間形成的鍵可分為兩類，一類是類是物理鍵物理鍵，即，即范德華力范德華力，鍵強(qiáng)約為，鍵強(qiáng)約為6千卡千卡/摩爾；一類是摩爾；一類是化化學(xué)鍵學(xué)鍵，鍵強(qiáng)約為，鍵強(qiáng)約為30千卡千卡/摩爾，能量流散時(shí)，消耗于化學(xué)鍵摩爾，能量流散時(shí)，消耗于化學(xué)鍵的破壞能量較大。界面上化學(xué)鍵的分布與排列可以是集中的，的破壞能量較大。界面上化學(xué)鍵的分布與排列可以是集中的，也可以是分散的，甚至是混亂的。如果界面上的化學(xué)健是集也可以是分散的，甚至是混亂的。如果界面上的化學(xué)健是集中的，當(dāng)裂紋擴(kuò)展時(shí)，能量流散較少，較多的能量集中于裂中的，當(dāng)裂紋擴(kuò)展