聚合物基復(fù)合材料界面-資料下載頁(yè)
2025-05-14 01:10本頁(yè)面
【正文】 基體內(nèi) 、 增強(qiáng)體內(nèi)和 界面上均存 在微裂紋 、 氣孔 、 內(nèi)應(yīng)力 在力場(chǎng)或外界環(huán)境 （ 如介質(zhì) 、 水 ） ———————→ 微裂紋和缺陷按本身的 規(guī)律發(fā)展 ， 并消散能量 ① 裂紋擴(kuò)展引起界面的破壞 48 （ 2） 破壞形式 5種基本破壞形式 ———————→ i) 基體斷裂 ii) 纖維斷裂 iii) 纖維脫粘 iv)纖維拔出 (摩擦功 ) v) 裂紋擴(kuò)展與偏轉(zhuǎn) 5種形式 ————→ 綜合體現(xiàn) 復(fù)合材料的 破壞與失效 復(fù)合材料的破壞機(jī)制則是上述 5種基本破壞形式的組合與綜合體現(xiàn)的結(jié)果 49 50 界面脫粘 纖維斷裂 51 界面脫粘 52 大量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明水是通過(guò)擴(kuò)散過(guò)程而進(jìn)入界面，進(jìn)入的途徑有三條： 一是從樹脂的宏觀微裂縫處進(jìn)入，這種宏觀微裂縫是樹脂固化過(guò)程中所產(chǎn)生的化學(xué)應(yīng)力和熱應(yīng)力引起的； 二是樹脂內(nèi)存在的雜質(zhì)，尤其是水溶性無(wú)機(jī)物雜質(zhì)，遇到水時(shí)，因滲透壓的作用形成高壓區(qū)，這些高壓區(qū)將產(chǎn)生微裂紋，水繼續(xù)沿微裂縫浸入； 三是通過(guò)工藝過(guò)程中在復(fù)合材料內(nèi)部形成的氣泡，這些氣泡在應(yīng)力作用下破壞，形成互相串通的通道，水很容易沿通道達(dá)到很深的部位。 1）水的浸入 水對(duì)復(fù)合材料及界面的破壞作用 ② 介質(zhì)引起界面的破壞 53 到達(dá)纖維 水分子的體積很小，極性又大，所以它很容易進(jìn)入界面。清潔的玻璃纖維表面吸附水的能力很強(qiáng)，并且纖維表面由于水分子間的作用力，可通過(guò)已吸附的水膜傳遞，所以玻璃纖維表面對(duì)水的吸附是多層吸附，形成較厚的水膜 (其厚度約為水分子直徑的 100倍 )。玻璃纖維表面對(duì)水的吸附過(guò)程異常迅速。在相對(duì)濕度為 60％ ~ 70％ 條件下，只需 2 ~ 3s即可完成吸附。 纖維越細(xì)時(shí)，比表面積越大，吸附的水越多。 被吸附在玻璃纖維表面的水異常牢固，加熱到110~150℃ 時(shí)，只能排除 l/2被吸附的水，加熱到 150~350℃時(shí)，也只能排除 3／ 4被吸附的水。 54 玻璃纖維復(fù)合材料表面上吸附的水，浸入界面后，發(fā)生水與玻璃纖維及樹脂間的化學(xué)變化，引起界面粘接破壞，致使復(fù)合材料破壞。 55 2）水對(duì)玻璃纖維表面的化學(xué)腐蝕作用 當(dāng)水進(jìn)入復(fù)合材料達(dá)到玻璃纖維表面時(shí)，使玻璃纖維表面的堿金屬溶于其中，水溶液變成堿性，加速了表面的腐蝕破壞，最后導(dǎo)致玻璃纖維的二氧化硅骨架的解體，纖維強(qiáng)度下降，復(fù)合材料性能減退。這種腐蝕破壞，尤其在玻璃纖維表面有結(jié)構(gòu)缺陷處更為嚴(yán)重。 56 3）水對(duì)樹脂的降解作用 水對(duì)樹脂的作用通常有兩種效應(yīng)： 一為物理效應(yīng)， 即水分子可以破壞高聚物內(nèi)部的氫鍵及其他次價(jià)鍵，使高聚物發(fā)生增塑作用，導(dǎo)致熱機(jī)械性能下降，這種效應(yīng)是可逆的，一旦將水驅(qū)走，性能可以復(fù)原； 二為化學(xué)效應(yīng)， 即水分子與高聚物中某種鍵（入酯鍵、醚鍵等）起化學(xué)作用，使之?dāng)嗔?，?dǎo)致高聚物降解，粘結(jié)接頭失去強(qiáng)度。水對(duì)樹脂產(chǎn)生降解反應(yīng)，是一個(gè)不可逆的反應(yīng)過(guò)程，但不同的樹脂，水對(duì)其降解的能力不同。 由于樹脂的水解引起大分子鏈的斷裂（降解），致使樹脂層破壞，進(jìn)而造成界面粘結(jié)破壞。水解造成的樹脂破壞，是一小塊一小塊的不均勻破壞，由于接觸水的機(jī)會(huì)不同，所以樹脂的水解，在接近復(fù)合材料表面層的部位，破壞較多，而在復(fù)合材料中心部位，破壞較少。 57 4）水溶脹樹脂導(dǎo)致界面脫粘破壞 水進(jìn)入粘接界面后，使樹脂發(fā)生溶脹，當(dāng)樹脂溶脹后，粘結(jié)界面上就產(chǎn)生一個(gè)剪應(yīng)力，一旦這種剪應(yīng)力大于界面粘接力時(shí)，則界面發(fā)生脫粘破壞。 5）水進(jìn)入孔隙產(chǎn)生滲透壓導(dǎo)致界面脫粘破壞 當(dāng)水進(jìn)入粘結(jié)接頭，水就在微空隙中聚集形成微水袋。微水袋內(nèi)的水與樹脂接觸，某些雜質(zhì)溶于其中，使袋內(nèi)外形成濃度差，導(dǎo)致袋內(nèi)產(chǎn)生滲透壓。 在一定溫度下，隨著時(shí)間的推延，袋內(nèi)水溶液濃度不斷增加，滲透壓大于界面黏結(jié)力，粘結(jié)界面就發(fā)生脫粘導(dǎo)致破壞。 58 6）水促使破壞裂紋的擴(kuò)展 水對(duì)復(fù)合材料的作用，除了對(duì)界面起破壞作用外，還會(huì)促使破壞裂紋的擴(kuò)展。 δE≥δσ +δψ δE應(yīng)力引起彈性應(yīng)變所消耗的能量 δσ 形成新表面所需的能量 δψ 塑性變形所需的能量 水的作用降低了纖維的內(nèi)聚能 水會(huì)脆化玻璃纖維的作用 59 還有兩個(gè)原因： 一、是水的表面腐蝕作用使纖維表面生成新的缺陷； 二、是凝集在裂紋尖端的水，能產(chǎn)生很大的毛細(xì)壓力，促使纖維中原來(lái)的微裂紋擴(kuò)展，從面促使了破壞裂紋的擴(kuò)展。 60 以上所述有關(guān)界面破壞機(jī)理的觀點(diǎn)，并不完善，當(dāng)前復(fù)合材料破壞機(jī)理的問(wèn)題，頗受國(guó)內(nèi)外研究者的重視。 61 作業(yè)： P172
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