聚合物基复合材料复习

《聚合物基复合材料复习》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1.聚合物基复合材料（ PMC）的组成(1)基体热固性基体(thermosettingmatrix)：i)熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好ii)交联固化后成网状结构，尺寸稳定性好耐热性好，但性脆iii)制备过程伴有复杂化学反应热塑性基体(thermoplasticmatrix)：i)熔体粘度大，浸渍与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差ii)线性分子结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好iii)制备过程中伴有聚集态结构转变及取向、结晶等物理现象(2)增强体主要有碳纤、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维等由于树脂基体与增强体相容性、浸润性较

2、差，增强体多经过表面处理与表面改性，以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用，使其组成复杂化。2.复合材料的结构(structureofcomposites)①   无规分散（弥散）增强结构（含颗粒、晶须、短纤维）(randomlyoriented)②   连续长纤维单向增强结构（单向板）(aligned)③   层合(板)结构(二维织布或连续纤维铺层，每层°q不同)④   三维编织体增强结构⑤   夹层结构(sandwichstructure)⑥   混杂结构(hybridstructure)3.复合材料的界面1)界面现象：①表面吸附作用与浸润②扩散与粘

3、结（含界面互穿网络结构）③界面上分子间相互作用力（范氏力和化学键合力）2).复合材料的界面形成过程PMC、MMC、CMC等复合材料体系对界面要求各不相同，它们的成型加工方法与工艺差别很大，各有特点，使复合材料界面形成过程十分复杂，理论上可分为三个阶段。（1）第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。i)界面设计与控制的重要手段ii)改性层成为最终界面层的重要组成部分iii)为第二阶段作准备（2）第二阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的接触与浸润过程i)  接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种特殊的浸润过程ii

4、)界面形成与发展的关键阶段（3）第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化学反应i)界面的固定（亚稳态、非平衡态）ii)界面的稳定（稳态、平衡态）在复合材料界面形成过程中涉及：i)界面间的相互置换：如，润湿过程是一个固-液界面置换固-气表面的过程ii)  界面间的相互转化：如，固化过程是固-液界面向固-固界面转化的过程后处理过程：固-固界面自身完善与平衡的过程3）复合材料界面结构与性能特点i)非单分子层，其组成、结构形态、形貌十分复杂、形式多样。界面区至少包括：基体表面层、增强体表面层、基体/增强体界面层三个部分ii) 具有一定厚度的界面

5、相（层），其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化，具有“梯度”材料的性能特征iii) 界面的比表面积或界面相的体积分数很大（尤其是纳米复合材料）界面效应显著：复合材料复合效应产生的根源iv) 界面缺陷形式多样（包括残余应力）(residualstress)，对复合材料性能影响十分敏感4）在复合材料未受外力时，界面上仍存在应力或应力分布，这就是“残余应力”。残余应力来源：① 增强相与基体相热膨胀系数的不匹配② 相与相之间的弹性系数不匹配，相内的应力分布不均③成型过程中，由高温-室温、由化学和物理变化引起的各组元体积收缩的不同，如：基体固化、聚集态转变

6、、晶相转变等④层合板中，由铺层方向不同所带来的层间残余应力（层合板的翘曲）⑤流变过程中，组元间的塑性变形差异引起的流变残余应力在力场或外界环境如介质或水中 5）.复合材料界面破坏机制(interfacefailureofcomposites)（1）破坏的来源基体内、增强体内和层面层上均存在微裂纹、气孔、内应力微裂纹和缺陷按本身的规律发展，并消散能量（2）5种破坏形式： i) 基体断裂ii)纤维断裂iii)纤维脱粘iv)纤维拔出(摩擦功)v)裂纹扩展与偏转复合材料的破坏机制则是上述5种基本破坏形式的组合与综合体现的结果。6）.复合材料的界面理论(Th

7、eInterfaceTheories)（1）界面设计与控制的概念(designandcontrolofinterlayer)界面具有双重功能①传递应力，需要一定界面结合强度，但不是愈高愈好②界面破坏。界面结合适度，界面破坏形式愈丰富，能量耗散愈多。高的界面粘接强度，不一定带来材料整体的高强度和高韧性。在脆性纤维-脆性基体复合体系中，强的界面结合往往导致各组元相中及相间的应力集中和脆性断裂、破坏形式单一，不涉及界面破坏，其能量耗散仅限于产生新的断裂表面。材料易突然失效或发生灾难性破坏。弱的界面结合强度有时能带来材料整体高的力学强度和韧性。弱的界面结合

8、可以发生多种界面破坏形式（如纤维拔出、脱粘、应力再分配等），从而消耗大量的外界功，提高材料的强度和韧性，避免脆性断裂或灾难