第八章-复合材料界面(华东理工大学材料表界面课件).ppt

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1、第8章复合材料的界面8.1复合材料概述复合材料是由两种或两种以上的不同材料通过一定工艺制成的多相材料，并具有与原组成材料不同的新的性能。包括三层意义：它是一种多相材料，包含两种或两种以上物理上不同并可（机械）分离的材料。它可以在人为控制下以某种工艺将几种分离的不同材料混合在一起，形成复合材料。它的性能应优于各单独的组分材料，在某些方面可能具有组分材料没有的独特性能。复合材料的结构：基体相增强剂相相与相之间存在界面。复合材料按基体分类聚合物基复合材料热塑性聚合物基：PP、PE、尼龙、PVC热固性聚合物基：不饱和聚酯、环氧树脂、酚醛树脂等金属基复合材料无机非金属基复合材料

2、：陶瓷基、水泥基、玻璃基复合材料的特性轻质高强电性能好耐腐蚀性能好热性能好性能的可设计性及材料与结构的一致性界面结合性差，层间剪切强度低一些常用材料及纤维复合材料的比强度和比模量材料密度（g/cm3）拉伸强度（GPa）弹性模量（102GPa）比强度（106cm）比模量（108cm）钢７.８１.０３２.１１.３２.７铝合金２.８０.４７０.７５１.７２.６钛合金４.５０.９６１.１４２.１２.５玻璃纤维复合材料２.０１.０６０.４５.３２.０碳纤维I／环氧复合材料１.６１.０７２.４６.７１５碳纤维II／环氧复合材料１.４５１.５０１.４１０.３９.７有机纤维／环氧复合

3、材料１.４１.４００.８１0.０５.７硼纤维／环氧复合材料２.１１.３８２.１６.６１０8.2聚合物基复合材料8.2.1不饱和聚酯不饱和聚酯树脂是由饱和二元酸(或酸酐)，不饱和二元酸（或酸酐）与多元醇缩聚而成的聚酯在乙烯基单体（如苯乙烯）中的溶液。饱和二元酸或酸酐：不饱和二元酸或酸酐多元醇交联剂在引发剂的存在下，不饱和聚酯中的双键与苯乙烯发生自由基共聚反应，交联成三元网状结构多元酸（酸酐）与多元醇缩聚，形成主链含有双键的聚酯：过氧化物引发剂：BPO过氧化甲乙酮过氧化环己酮氧化－还原引发体系：BPO－N，N-二甲基苯胺过氧化甲乙酮-环烷酸钴过氧化环己酮-环烷酸钴实际应用

4、例子：大型储槽，容器，卫生洁具，冷却塔，雷达罩，人造大理石，人造玛瑙，舰船方面的应用，等等。8.2.2环氧树脂环氧树脂是指分子结构中含有2个或2个以上环氧基的化合物。环氧基可在分子链末端，也可在分子链的中间。分子链中引入环氧基一般有两种方法，一种是由含活泼氢的化合物如酚类、有机酸类、胺类与环氧氯丙烷发生开环反应，然后在碱的作用下闭环，引入环氧基：缩水甘油醚型环氧树脂缩水甘油胺型环氧树脂缩水甘油酯型环氧树脂另一种引入环氧基的方法是用过醋酸或过氧化氢对带双键的化合物进行环氧化：线型脂肪族类环氧树脂环氧树脂的固化反应性固化剂：脂肪族多元胺、芳香胺、多元酸等催化性固化剂：叔胺

5、、三氟化硼等脂肪族多元胺固化原理常用的脂肪胺固化剂H2NCH2CH2NHCH2CH2NH2二乙烯三胺H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2三乙烯四胺H2NCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NHCH2CH2NH2四乙烯五胺H2N(CH2CH2NH)nCH2CH2NH2多乙烯多胺8.2.3酚醛树脂由酚类和醛类合成的树脂。酚类一般是苯酚，醛类主要是甲醛。热固性酚醛树脂：以碱为催化剂，甲醛/苯酚摩尔比大于1，反应到一定阶段停止，加热固化。热塑性酚醛树脂：以酸为催化剂，甲醛/苯酚摩尔比小于1，加入六次甲基四胺等固化剂才能固化。反应原理：第一步甲醛与苯

6、酚加成生成羟甲基苯酚第二步羟甲基与苯酚邻对位氢脱水缩合或羟甲基与羟甲基缩合成醚键，再在加热下脱去甲醛成次甲基碱催化下第二步羟甲基缩合反应较慢，羟甲基可稳定存在，因此在以后加热时，羟甲基可继续反应，固化成网络结构。酸催化下，羟甲基的缩合反应迅速，生成的羟甲基立即缩合，但因苯酚过量，甲醛消耗完反应终止。以后再加入甲醛或固化剂，反应继续，固化成网络结构。酚醛树脂固化反应有小分子放出，所以固化在加热、加压下进行。8.3增强材料凡能提高基体材料机械强度、弹性模量等力学性能的材料称为增强材料。纤维增强材料：玻璃纤维、碳纤维、有机纤维，无机纤维；连续长纤维、短切纤维、编织纤维、纤维

7、毡；颗粒状增强材料：片状增强材料：在复合材料中，特别是高性能复合材料，大都是以纤维状材料，特别是连续长纤维作为增强材料。？拉伸强度：块状石墨：689MPa，石墨纤维：1700~2800MPa。拉伸强度：块状玻璃：40~100MPa；玻璃纤维（直径10μm以下）：1000MPa以上；玻璃纤维（直径5μm以下）：2400MPa以上。8.4复合材料的界面界面对复合材料的性能起着至关重要的作用。复合材料的性能不是组成材料性能的简单加和，而产生了1＋1>2的作用，称为协同效应。界面是复合材料产生协同效应的根本原因。玻璃纤维的断裂能：10J/m2；聚酯树脂断裂能