聚合物基复合材料复习.doc

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1、1.聚合物基复合材料的组成（1）基体热固性基体：i）熔体或溶液粘度低，易于浸渍与浸润，成型工艺性好ii）交联同化示成网状结构，尺寸稳定性好耐热性好，但性脆iii）制备过稈伴有复杂化学反应热塑性基体：i）熔体粘度大，浸溃与浸润困难，需较高温度和压力下成型，工艺性差ii）线性分了结构，抗蠕变和尺寸稳定性差，但韧性好iii）制备过程屮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、浸润性较差，增强体多经过表血处理与表面改性,以及浸润剂、偶联剂和涂复层的使用，使其纽•成复杂化。3.复合材

2、料的界面1）界面现象：①表面吸附作用与浸润%1扩散与粘结（含界面互穿网络结构）%1界面上分了间相互作用力（范氏力和化学键合力）2）.复合材料的界而形成过程IMGMMGCMC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。(D第_阶段：增强体表面预处理或改性阶段。）界面设计与控制的重要手段0改性层成为最终界面层的重要组成部分谊为第二阶段作准备（3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）接触一吸附与浸润一交互扩散Tt学结合或物理结合。化学结合可

3、看作是一种特殊的浸润过程0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）界面的固定（亚稳态、非平衡态）界面的稳定（稳态、平衡态）在复合材料界而形成过程中涉及:i）界面间的相互置换：如，润湿过稈是一个固■液界血置换固■气表面的过稈ii）界血间的相互转化：如，固化过稈是固■液界血向固■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）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.基体理强体界面层三个部分ii）具有一定厚度的界

4、面相（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ifl界面的缮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劝界面欣陷形式多样（包括残余应力），对复合材料性能影响十分敏感4）在复合材料未受外力时，界面上仍存在丿应力或皿力分布，这就是“残余应力雹残余应力来源：%1增强相与基体相热膨胀系数的不匹配%1相与相2间的弹性系数不匹配,相内的应力分布不均%1成型过稈屮,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、晶相转变等%1层合板屮，由铺层方向不同所

5、带来的层间残余M力（层介板的翘曲）5）.复合材料界面破坏机制（1）破坏的來源基体内、增强体内和层面层上均存在微裂纹、气孔、内应力｝缺陷按木身的规律发展，并消散能量%1流变过稈屮，组元间的衆性变形沁异引起的流变残余应力在力场或外界环境如介质或水中裂纹和（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种慕木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（TheInterfaceTheories）（1）界面设计与控制的概念（designandcontrolofin

6、terlayer）界面具有双重功能%1传递应力，需要一定界瓯结合强度，但不是愈高愈好%1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■脆性基体复合体系屮，强的界面结合往往导致各组元相屮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血。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，

7、避免脆性断裂或灾难性破坏。因此,要求界面:%1适宜的粘接强度%1最佳的界血结构和状态%1与界面相联系的理想的微观破坏机制这就是所谓界面设计与界面控制的基木概念3.增强材料概述1）增强材料是复合材料的主要纽成部分，性能优越。作用：提高基体树脂的强度、硬度、模量、耐热及耐磨性、减少成型收缩率。2）增强材料分类：无机增强材料：Gf、CfsBf、晶须、石棉、金属纤维、（A12O3）f、SiC）f有机增强材料：Kevla「纤维、聚苯并双噁哇纤维、UHMPE纤维、聚酯纤维、棉、麻、纸等。3）聚合物基复合材料用增强材料所具备的特征1.能明显提高基体所需的某种性能（

8、如高比强度.比模量、尺寸稳定性、耐热性等）3・具有良好的化学稳定性4.与树脂有良好的浸润性，并能形成良好界面