復(fù)合材料第1-4章(編輯修改稿)
2024-11-14 13:12 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 表面結(jié)構(gòu)使另一種（通常是聚合物基體） 與之接觸的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)由于誘導(dǎo)作用而發(fā) 生改變，由此產(chǎn)生一些現(xiàn)象，如強彈性、 低膨脹性、耐熱性和沖擊性等。 ★ 界面效應(yīng)是任何一種單一材料所沒有的特 性，它對復(fù)合材料具有重要的作用。 界面的結(jié)合狀態(tài)和強度 界面的結(jié)合狀態(tài)和強度對復(fù)合材料的性能有重要 影響。對于每一種復(fù)合材料都要求有合適的界面結(jié)合 強度。 界面結(jié)合較差 的復(fù)合材料大多呈剪切破壞，且 在材料的斷面可觀察到脫粘、纖維拔出、纖維應(yīng)力松 弛等現(xiàn)象。 界面結(jié)合過強 的復(fù)合材料則呈脆性斷裂， 也降低了復(fù)合材料的整體性能。 界面最佳態(tài) 的衡量是 當受力發(fā)生開裂時，裂紋能轉(zhuǎn)化為區(qū)域化而不進一步 界面脫粘；即這時的復(fù)合材料具有最大斷裂能和一定 的韌性。 二、復(fù)合材料組分的相容性 物理相容性： （ 1）基體應(yīng)具有足夠的韌性和強度，能夠?qū)⑼獠枯d荷 均勻地傳遞到增強劑上，而不會有明顯的不連續(xù) 現(xiàn)象。 （ 2）由于裂紋或位錯移動，在基體上產(chǎn)生的局部應(yīng)力 不應(yīng)在增強劑上形成高的局部應(yīng)力。 （ 3） 基體與增強相熱膨脹系數(shù)的差異 對復(fù)合材料的界 面結(jié)合及各類性能產(chǎn)生重要的影響。 ★ 對于韌性基體材料，最好具有較高的熱膨脹系數(shù)。 這是因為熱膨脹系數(shù)較高的相，從較高的加工溫度 冷卻時將受到張應(yīng)力； ★ 對于脆性材料的增強相，一般都是抗壓強度大于 抗拉強度，處于壓縮狀態(tài)比較有利。 ★ 而對于像鈦這類高屈服強度的基體，一般卻要求 避免高的殘余熱應(yīng)力，因此熱膨脹系數(shù)不應(yīng)相差 太大。 化學(xué)相容性： ★ 對原生復(fù)合材料，在制造過程是熱力學(xué)平衡的， 其兩相化學(xué)勢相等，比表面能效應(yīng)也最小。 ★ 對非平衡態(tài)復(fù)合材料，化學(xué)相容性要嚴重得多。 1） 相反應(yīng)的自由能 ? F： 小 2）化學(xué)勢 U： 相近 3）表面能 T： 低 4）晶界擴散系數(shù) D： 小 三、復(fù)合材料的界面理論 界面潤濕理論 界面潤濕理論是基于液態(tài)樹脂對纖維表面的浸潤 親和，即物理和化學(xué)吸附作用。 浸潤不良 會在界面上產(chǎn)生空隙，導(dǎo)致界面缺陷和 應(yīng)力集中，使界面強度下降。 良好的或完全浸潤 可使 界面強度大大提高，甚至優(yōu)于基體本身的內(nèi)聚強度。 根據(jù)力的合成 ： ?L cos ? = ?S ? SL 粘合功可表示為： WA = ?S + ?L ? SL= ?L（ 1+ cos ? ） 粘合功 WA最大時： cos ? =1，即 ? = 0， 液體完全平鋪在固體表面。 同時： ? = ?S L , ?S = ?L 潤濕是組分良好粘結(jié)的必要條件，并非充分條件。 機械作用理論： 當兩個表面相互接觸后，由于表面粗糙不平將 發(fā)生機械互鎖。 盡管表面積隨著粗糙度增大而增大，但其中 有相當多的孔穴，粘稠的液體是無法流入的。無 法流入液體的孔不僅造成界面脫粘的缺陷，而且 也形成了應(yīng)力集中點。 靜電理論： 當復(fù)合材料不同組分表面帶有異性電荷時，將 發(fā)生靜電
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