复合材料界面与设计课件

《复合材料界面与设计课件》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、复合材料界面与设计2011年11月复合材料界面分析表征提纲界面形貌结构分析表征增强材料表面化学表征界面力学性能分析表征一、界面形貌结构分析表征界面结合强弱与与界面区域的微观结构密切相关；复合材料的结构缺陷常常集中于界面区域；制造与使用过程中，界面的结构前景都吸引人们关注；界面结构的最重要的手段是TEM、SEM，AFM和拉曼光谱技术也为人们重视1、纤维表面处理形态表征低温等离子处理热处理电晕和低温等离子处理植物纤维2、纤维表面接枝聚合物形态碳纤维接枝聚苯乙烯碳纤维接枝3、复合材料界面状态纤维拔出状态C/

2、C复合材料拉伸破坏断裂面脱粘没有导致表面和内壁任何损伤，可以判定纤维与基体之间只有松散结合不存在确定厚度的界面层C/C复合材料横断面SEMC/C复合材料界面结构与先驱体种类和热处理形式有关，以上显示纤维相同，基体及处理不同，界面状况不同2-6显示SIC/SIC复合材料受压力破坏后显示复合材料几乎所有破坏形式2-7显示纤维拉出和断裂破坏，界面结合弱碳化硅增强某种钛合金复合材料，A纤维表面有一层碳，B纤维表面未覆盖C，反应层有明显区别。厚度、均匀性将纤维与基体压出，暴露出纤维与基体形貌，脱粘发生在C层与反应

3、层之间，可以看到碎片图高模量碳纤维复合材料拉伸破坏的断口SEM图片图中深色部分为纤维拔出后留下的空洞图高模量碳纤维复合材料拉伸破坏断口侧壁SEM照片碳纤维水泥状态玻璃纤维热塑性复合材料复合材料界面SEM图TEM是研究陶瓷基复合材料界面微观结构的最重要的方法，据此可获得界相和其附近基体纤维的结晶或无定型态，元素分布和化学组成等微观结构的几乎全部资料。20TEM图，与基体相邻的明亮层CL为碳层，与纤维相邻的TL为过渡层，F为纤维层21TEM是CL与基体M图像，可以看到清晰的晶格条纹相应于C平层，具有典型的湍

4、层碳结构特征可以确切看到两界面层之间的相接触区域，CL层可以看到湍层碳，TL层可以看到大量纳米级的SICA晶粒。三、增强纤维表面化学分析表征1、XPSX射线光电子能谱是测量材料表面化学组成的有效工具，可以定性测量元素存在，可以根据谱线强弱测定元素含量。以及官能团含量。2、红外光谱3、紫外光谱研究4、核磁共振法5、原子发射光谱研究6、化学分析和热分析热失重-COOH在500－800℃分解成CO2,R-OH在900－1000℃分解生成CO，由热失重测定CO2、CO量，可以求出表面-COOH和－OH化学分析方

5、法碳纤维表面的羟基与羧基还可以通过化学检测来定量测试四、复合材料界面力学性能表征界面残余应力单丝拔脱实验法临界纤维长度实验法界面粘结能测试层间剪切强度动态力学分析微量冲击分析1、界面残余应力消除残余压力可以通过引入膨胀单体，提高综合性能，可用冲击韧性来表示。2、单丝拔脱实验法单丝拨脱试验是将增强纤维单丝垂直埋人基体之中，然后将单丝从基体中拔出、测定纤维拔脱的应力，从而求出纤维与基体间的界面剪切强度。显然，拔出力随埋人深度而增大,达到临界长度Lc时，拔出纤维所需的应力等于纤维的拉伸强度。，3、顶出法单丝拔

6、脱试验的离散度大，要做大量的试验，找到临界长度，基体对纤维浸润时会沿纤维上爬，影响精度。作为改进，又发展了顶出法。玻纤单丝从PP基体中的拔出剪切强度测试4、临界纤维长度试验法将单丝纤维埋人基体制成哑铃状试样，拉伸使纤维断裂成一段段的残片，测量残片长度，可得到残片的长度分布图，统计出残片平均长度L，临界纤维长度Lc与平均长度L的关系为：临界剪切强度为：5、界面粘接能测试法在试样中埋人纤维单丝，试样尺寸30mm×10mm×10mm，试样中间开一直径1.5MM小孔，使小孔穿过纤维。对试样施加压应力，由于纤维与

7、基体压缩模量不同，界面产生剪应力，载荷足够大时，纤维在小孔端点脱粘，此时粘结能G为：6、层间剪切强度压剪法可参见GB1450.1—83，对试样施加均匀连续的剪应力，直至破坏。层间剪切强度可按下式计算：短梁弯曲法参见GB3357—82ASTMD2544—84装置示意如图,连续加载至试样破坏，记录最大载荷值及试样破坏形式。层间剪切强度按下式计算：7、动态力学分析动态力学分析用于对复合材料界面结合的评估，也是一种发展动向。在基体的玻璃化转变温度之上将会出现一个与界面结合有关的损耗峰，见图中的b、b1、b2如果

8、碳纤维未经处理，则该损耗峰就不会出现，除非纤维的排列方向完全一致，而且与应力的作用方向也必须完全相同。低体积分数单向碳纤维增强环氧树脂的E”的温度关系¢2纤维的体积分数涂聚苯乙烯树脂的玻璃纤维的DMAa—接枝玻纤b—未接枝玻纤不同碳纤维增强聚丙烯酸复合树料损耗角正切与温度DMAa一未处理碳纤维b一接枝聚丙烯酸碳纤维8、微量冲击分析微量冲击分析是一种以一定速度对微小试样进行冲击，记录下冲击过程中冲击锤受到的反作用功与冲击时间对应关系的一种研究