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复合材料 结构与设计 思 考题汇总 绪论 1 .1 1 1 复合材 料的定义及 分类 ISO定 义 ： 复合 材料 是 有两 种或 两种 以 上物 理和 化学 性 质不 同的物质组 合而成的一种 多相固体材料 （其定义忽略 了作为复合 材料的可 设计性）按材料 作用分类 ：结构复 合材料、功能 复合材料 按增 强材料 的形态 分类 ： 连续纤维 复合材料 、 短纤维复 合材料 、 粒状填充 复合材料 、 片状填充 复合材料 、 编织复合 材料 、 缠绕复合 材料 按基体 分类 :高分子 CM、 金属 CM、 陶瓷 CM、 同质物质 CM 依据 增强材 料的种 类 :玻璃纤 维 CM、 碳纤维 CM、 有机纤 维增 强CM： Kevlar、 PBO、 金属纤 维 CM（ 不锈钢 ） 、 陶瓷纤 维 CM 氧化铝、 碳化硅、硼纤 维。2 .2 2 2 复合材 料的特点 优点 ：比强度 和比模量高、 抗疲劳性 好 、减振能 力好、破损安全性好、 性能的各向异 性 整体成型 、材料结构一 体化 缺点 ：纤维与 基体组成的复 合材料，微观 结构不均匀， 易在薄 弱处发生 破坏；层间剪 切强度和横向 强度低；抗冲 击性差；长 期耐高温 及耐老化性能 差；工艺质量 不够稳定，材 料性能的分 散性大。3 .3 3 3 复合材 料中与界面 密切相关的 性能有哪些 ？ 抗疲劳性 、减震能力、 耐水性、耐腐 蚀性4 .4 4 4 基体的 作用，纤维 复合材料对 基体的要求 是什么？ 作用 ：基体通 过界面和纤维 成为一个整体（ 1 ）以剪应 力的形式向纤 维传递载荷； （ 2 ）保护纤 维免受外界环 境的化学作用 和物理损伤；（ 3 ） 基体像隔 膜一样将纤维 彼此隔开 。 这样即使 个别纤维断裂 ， 裂纹 也不 会从 一根纤 维扩 展到 其他纤 维上 ，因 此提高 了复合材料的 抗疲劳强度； （ 4 ）复 合材料 的横向 拉伸性 能、压 缩性能 、剪切 性能、 耐热性 能和耐介 质性能等都与 基体有着密切 关系 要求：（ 1 ）基体对 纤维（或增强 材料）具有适 度的粘结性 （ 2 ） 弹性模量 和断裂伸长率 与纤维的匹配 （ 断裂伸长 大于纤维 ）（ 3 ）复合材 料耐湿热性主 要由基体材料 决定的 （ 4 ） 基体材料 应具有良好的 工艺性能 ， 如流变性 能 、 成型性等 。 5 .5 5 5 热塑性 树脂与热固 性树脂基复 合材料成型 的区别。 热塑性 树脂 i) 溶体或溶 液粘度大，浸 渍与浸润困难 ，需较高温度 和压力下成型 ，工艺性差 ii)制 备过 程中 伴有 聚集 态结 构转 变及 取向 、结 晶等 物理 现象 热固性 树脂 在热和化 学固化剂的作 用下，能够发 生交联反应而 生成的不溶 不熔的树 脂 液体直接 成型 一步法； 预浸料成 型 二步法 不饱和聚 酯树脂 6 .6 6 6 不 饱 和 聚 酯 树 脂 常 用 的 原 料 有 哪 些 ？ 为 什 么 采 用 混 合 酸？ 饱和酸 （ 酸酐 ） 与不 饱和酸 （ 酸酐 ） 比例 是多少 ？比例 偏离 对 树 脂 性 能 有 何 影 响 ？ 采 用 反 丁 二 烯 酸 与 顺 丁 二 烯 酸 （ 酸 酐 ） 相比 ， 对树 脂的性 能有何 影响？ 采用间 苯二甲 酸合成 的不饱和聚 酯树脂性能 特点 . A不饱 和二元 酸或酸 酐、饱 和二元 酸或酸 酐、二 元醇、 烯类单体交联剂 B只使用不 饱和酸或酸酐 ， 双键密度 太大 ， 固化后使 材料的脆性大增 。 因此 ， 加入一定 量的饱和酸或 酸酐来降低双 键的密度 。 C通用的不 饱和聚酯是由 顺酐、苯酐和 丙二醇缩聚而 成。一般都是 顺酐（顺丁烯 二酐）与苯酐 等摩尔比； 若顺酐 苯酐 （ mole） ： 会使最终 树脂的凝胶时 间缩短 ， 折射率和粘度降 低，同时，固 化树脂的软化 点提高，耐溶 剂和化学药 品性能较 好 若顺酐 苯酐：材 料最终固化后 力学性能下降 （交联密度小 ） 。 D树脂中反 式构型比顺式 活泼，所以反 式固化反应速 度快 、 程度高，结 晶倾向较顺式 大（与交联剂 相容性差） E树脂表面 光洁度好，耐 水性好，用作 胶衣树脂，粘 度高须提高交联剂 用量 7 .7 7 7 为 什 么不 饱 和聚 酯 树 脂合 成 原料 通 常 采用 1 1 1 1 ， 2 -2 2 2 丙 二 醇，而很少 采用乙二醇 或 1 1 1 1 ， 3 -3 3 3 丙二醇 ？ 由于他的 分子中含有不 对称甲基，故 所制备的不饱 和聚酯的 结晶倾 向较小 ， 与交联 剂 苯乙 烯 有良好 的 相容 性 。 乙二醇 在工业 上也较多 使用 ， 但所制的 聚酯 结晶 度较高 ， 与苯乙烯 相容 性差 ，常采用将 不饱和聚酯的 羟端基进行酰 化以解决这一 问题。 8 .8 8 8 不饱和 聚酯树脂合 成中采用什 么方法控制 聚合度 n？A某一组分 过量 B单官能度 物质端基封锁 基 9 .9 9 9 UPR合成与 固话反应机 理的区别UPR合成 ：二元酸 与二元醇逐步 缩合形成聚酯 与小分子水 UPR固化 : 固化过程 属于自由基引 发聚合 ， 将双键打 开 。 一般 都加入引 发剂。1 0 .1 0 1 0 1 0 UPR对固化 引发剂及交 联剂要求 对引发剂 的要求： 引发剂 活性高对交 联剂的 几点要 求 高 沸点 、低 粘度 、无 毒； 对树 脂、 引 发剂、 促进剂及其 他添加剂有 良好的相容 性。1 1 .1 1 1 1 1 1 UPR采用碱 土金属氧化 物或氢氧化 物增粘机理 在 碱 土 金 属 氧 化 物 或 氢 氧 比 物 例 如 MgO、 CaO、 Ca(OH)2 、Mg(OH)2 等 作用下 不饱和 聚酯树脂很 快稠化 ， 形成 凝胶状 物 。 树脂处于 这一状态时并 末交联，在合 适的溶剂中仍 可溶解，加 热时有良 好的流动性。 1 2 .1 2 1 2 1 2 乙烯基 树脂中，每 种官能团的 功能 a乙 烯 基 位 于分 子 链 的端 部 ，具 有 非 常高 的 活性 ， 能 分子 间均聚， 也能与交联单 体共聚，使树 脂快速固化； b甲基 可屏蔽酯 键，提高耐化 学性能和耐水 解稳定性。 c酯 键 乙 烯基 酯树 脂中 ，每 单位 相对 分子 质量 中的 酯键 比耐腐蚀不 饱和聚酯少 3 5 5 0 ， 故提高了 树脂在酸 、 碱溶 液 中的 水解稳定 性。d仲 羟 基 分 子链 上的 仲 羟基 与玻 璃纤 维 表面 上的 羟基 相 互 作用，可 以 改善树脂 对玻璃纤维的 浸润性和粘结 性。这是采 用乙烯基酯 树脂可以制得 高强度复合材 料的原因之一 。 e环 氧 树脂 骨 架 它 赋予 乙 烯 基酯 树 脂韧 性 ， 分子 中 的醚 键可使树脂 具有优异的耐 酸性 ， 分子中的 双酚 A结构可使 树脂 具 有优异的 耐腐蚀性 能和热机械性 能。环氧树脂 环 氧 树 脂 是 指 分 子 中 还 有 两 个 或 两 个 以 上 环 氧 基 团 的 线 性 有 机 高分子化 合物。 1 3 .1 3 1 3 1 3 环氧值 的定义，指 出 E-5 1 5 1 5 1 5 1 字符与 数字的含义环 氧 值 是 指 1 0 0 g 树 脂 中 所 含 环 氧 基 团 的 克 当 量 数 =NER/M 1 0 0 E双酚 A型 5 1 环氧值 0 .5 1 1 4 .1 4 1 4 1 4 环氧树 脂固化机理 分类，常用 固化剂类型环氧树脂 是一种热塑性 树脂 ， 不能直接 使用 ， 必须再向 树脂中加入 第二组分 并在一定温度 、 压力等条 件下进行交联 固化反应 ， 生成体型网状结 构。这里的第 二组分即固化 剂。 反 应型 固化 ：是 通过与 固化剂 发生化 学反应 而使 ER交联 ，一般 会有活泼氢 ， 如多元脂 肪胺 、 多元芳香 胺和多元酸酐 。 在反应过 程中 常伴有氢 原子的转移。 催化 型固化 ：是指在 催化剂作用下 ，环氧基发生 聚合反应而交 联 ， 通常是按 照阳离子 （ 路易斯酸 ） 或阴离子 （ 叔胺类 ） 聚合历程 进行固化反应 。 常用固 化剂： 多 元胺 类 固 化剂 酸 酐类 固 化 剂 咪 唑类 固 化 剂 潜 伏性固化 剂 树脂类固 化剂1 5 .1 5 1 5 1 5 多元 胺固化 机理 ， 写出 反应结 构式 ， 固化 剂用量 ， phrd的计 算 方法 固化原理 固化可形 成交联结构 伯胺氮原 子上的氢原子 与环氧基团反 应生成仲胺 仲胺可与 第一个环氧基 反应生成稳定 的叔胺 羟基可与 环氧基发生反 应 每 1 0 0 gE R树脂胺的 用 量 phr有机胺 的分子量 /有机胺的 活 泼氢数 环氧值但 一般 来讲 使用 量常 超过 计算 用量 ，因 为有 些活 泼氢 并未 发生反应 （一般实际用 量高于计算值 的 1 0 ）1 6 .1 6 1 6 1 6 多元 脂肪胺 与多元 芳香胺 固化剂 固化特 性区别 ， 为什 么多元 芳 香胺需 加温固化？ 脂肪族胺 类：室温固化 剂，固化速度 快，放热 芳香族胺 类：高温固化 剂，固化速度 慢，而加热又 能促进树脂 与固化剂 反应，性脆 原因含有 苯，反应活性 差； 1 7 .1 7 1 7 1 7 酸酐类 固化剂工艺 及性能特点 工艺：粘 度低，试用期 长，毒性低； 性能： 颜色浅、 良好的力 学性能、 电性能以及较 高的热稳定性1 8 .1 8 1 8 1 8 环氧稀 释剂种类及 用途 种类：非 活性稀释剂： 不能与 ER反应，纯 属物理混合过 程 ， 加入量为 5 1 5 活性稀释 剂：在其分子 结构中含有环 氧基，能与固 化剂反应， 参与固化 过程，有时可 增加固化体系 的韧性。 用途 ： 降低 ER的粘度 ， 改善 ER对各种添 加剂的浸润性 、 渗透力以及增 加流动性，改 善树脂体系的 工艺性能等。 酚醛树脂 1 9 .1 9 1 9 1 9 为什 么热固 性酚醛 称为一 阶酚醛 ， 热塑 性酚醛 成为二 阶酚 醛，其 固化机理区 别 从树脂的 生成到固化， 虽然是经过两 个阶段进行， 但实际上是 同一种反 应，树脂的固 化实际上是树 脂合成反应后 ，又经过升 温使第一 阶段的反应继 续下去，因此 又称为一阶酚 醛树脂。 由于 在酸 性和 苯酚过 量的 条件 下，生 成的 酚醛 树脂是 线性 要使其固 化成 体型 结构， 必须 加入 第二组 分（ 即固 化剂） 来与 之发 生交联反 应 。 因此反应 分两个阶段进 行 ， 且化学反 应方式不同 ，故称之为 二阶酚醛树脂 。 区别： 热固性酚 醛 加热 一阶 与合成反 应一致 热 塑 性酚 醛 加 固 化剂 固 化 二 阶 是 合 成反 应 的继续 2 0 .2 0 2 0 2 0 影响热 固性酚醛固 化速率因素 ，热塑性酚 醛常用的固 化剂a树脂合 成时的酚 / 醛投料比 随甲醛含 量的增加，树 脂的凝胶时间 缩短；b 酸、碱度 的影响 pH=4 时为中性 点，固化反应 极慢；增加碱 性 快速凝胶 ；增加酸性 极慢凝胶 c 温度 温 度升 高 ， 所需 的 反应 时 间 减少 ； 每增 加 1 0 ， 凝胶 时 间 约缩短一 半。 热塑性常 用多聚甲醛和 六次甲基四胺 2 1 .2 1 2 1 2 1 热固性 酚醛与热塑 性酚醛合成 条件热塑性酚 醛树脂的合成 条件 ： 强酸条件 ： HCl、 草酸 、 甲酸 ; 苯 酚过量： 苯酚 /甲醛 1 /0 .8 ; 生成二酚 基甲烷热 固性 酚醛 树脂 的合 成条 件 : 苯 酚 /甲 醛摩 尔比 1 ： 1 .5 （ 醛过 量） pH 8 1 1 碱性2 2 .2 2 2 2 2 2 硼酚醛 改性、环氧 改性以及有 机硅改性主 要对性能的 改善 在酚 醛树脂 中引入 无机元 素硼 改性目 的 ： 改善树 脂的耐热性和机械性 能 将环 氧引进 酚醛树 脂中 改善了酚 醛树脂的脆性 ； 同时具有 酚醛树脂优良 的耐热性，改 善了环氧树脂 耐热性较差的 缺点。 有 机 硅 改性 酚 醛 树 脂 改 性目 的 ： 改 善 FR的 耐 热性 和 耐水 性 ，制备耐高 温 FR 玻璃纤维 2 3 .2 3 2 3 2 3 纤维 TEX和支数 概念 TEX:特克斯 ， 1 0 0 0 米纤维束 的重量克数 ,1 tex=1 0 -6 kg/m定长法:支数 , 指 lg(原 )纱的长度 (m)定质量法 2 4 .2 4 2 4 2 4 织物中 ，平纹、斜 纹、缎纹织 物稳定性可 铺性比较 稳定性 缎斜 平 可铺性 缎斜 平 2 5 .2 5 2 5 2 5 玻纤中 碱金属氧化 物的作用及 功能玻璃中的 Na2 O、 K2 O等碱性氧 化物为熔融氧 化物 ， 它可 以降低 玻璃 的融化 温度和 粘度 。 主要通过 破坏玻璃的骨 架体疏松达到助熔的目 的 。 因此 Na2 O、 K2 O的含量越 高 ， GF的强度 、 电绝缘 性能和化 学稳定性都会 相应的降低。2 6 .2 6 2 6 2 6 玻纤 分类中 ， A、 C、 E、 S、 M分别 代表哪 一类 ， 其相 应特 点 有碱玻璃 纤维 A: 碱金属氧 化物的含量大 于 1 2 中碱玻璃 纤维 C: 碱金属氧 化物的含量 6 1 2 无碱玻璃 纤维 E: 碱金属氧 化物的含量低 于 2 高强玻璃 纤维 S： Mg-Al-Si 系 或 B2 O3 系高弹玻璃 纤维 M： S系中加入 BeO 无碱玻纤 的耐碱性比有 碱的好，有碱 玻纤的耐酸性 比无碱的好2 7 .2 7 2 7 2 7 纤维加 捻的作用 提高纤维 的抱合力、改 善单纤维的受 力状况、利于 纺织工序的 进行。 缺点： 捻度过大 不易被树脂浸 透 2 8 .2 8 2 8 2 8 为什么 GF强度是 同材质玻璃 的 2 0 5 02 0 5 02 0 5 02 0 5 0 倍a玻璃 纤维 的断 面较小 ，微 裂纹 存在的 概率 减小 ，而且 ，玻 璃 纤维经高 温成型时减少 了玻璃溶液的 不均一性，使 微裂纹产生 的机会也 减少 b玻纤拉伸 液态成型，缺 陷小2 9 .2 9 2 9 2 9 影响玻 璃纤维的因 素 a纤维直径 和长度对拉伸 强度的影响b化学组成 对强度的影响 c存放时间 对强度的影响d负荷时间 对强度的影响 3 0 .3 0 3 0 3 0 GF浸润剂 的作用，常 用浸润剂分 类、特点及 要求使多根单 丝集中成股； 增加原纱的耐 磨性和提高拉 伸保护；保 护纤维免 受大气和水分 的侵蚀作用。 纺织 型浸润 剂 ： 为了满足 纺织工序的要 求 。 具有良好 的集束性 、 润滑性、 成膜性和抗静 电性。使用前 必须对纤维和 织物进行表 面处理。 增强 型浸润 剂： 在一定粘 度上能满足拉 丝工艺要求， 而且对纤维和树脂 粘结影响不大 。因此，在做 CM时，不必 除去。 3 1 .3 1 3 1 3 1 偶联剂 特点及作用 偶联剂是 一种含有两部 分性质不同的 基团的化合物 。其中一种 官能团能 很好的与 GF表面结合 （ 一般是物 理吸附 ） ； 另一种官能团能很 好的与基体树 脂结合（可以 是物理的，也 可以是化学 的，如共 聚等 ） 。作用： 改善表面结 合作用 3 2 .3 2 3 2 3 2 玻纤表 面处理方法后 处 理法 ： 在制 作玻 璃 钢前 ，先 将 GF表 面的 纺织 型 浸润 剂去 除后再浸 处理剂溶液。 特点：投资大 ，工艺复杂。 前 处 理法 ： 在拉 丝过 程 中的 浸润 剂中 加 入 GF的 表面 处理 剂 ， 即增强型 浸润剂。特点 ：工艺简单， 不浪费。 迁移 法 ：将化学 处理剂直接加 入到树脂胶液 中。在浸胶时 ，处 理剂就 “迁移 ”到 GF表面。3 3 .3 3 3 3 3 3 特种玻 纤中，石英 玻纤和高硅 氧玻纤特点 及应用领域 石 英 玻 璃 纤 维 ： 石 英 玻 璃 纤 维 具 有 很 高 的 纯 度 ， 其 二 氧 化 硅（ SiO2 ） 含量 达到 9 9 .9 以上 。因 而石 英 玻璃 纤维 具有 很 多优 异的 性能 : 耐高 温、 耐烧 蚀、低 导热 、抗 热震、 优良 的介 电性能和良好 的化学稳定性 等。 高硅 氧玻璃 纤维： 高硅氧纤 维的生产：将 高钙的硼硅酸 盐玻璃纤 维 用 酸 处 理 ， 溶 析 出 可 溶 性 成 分 ， 从 而 制 得 含 SiO2 高 达 9 0 9 9 的纤维 。也可用含碱 纤维的化学提 纯法制得。 这种纤维能 耐 1 7 0 0 以上 高温 ，但 纤维强 度低 ，只 为无碱 玻璃 纤维 的 2 0 5 0 。 碳纤维 3 4 .3 4 3 4 3 4 碳纤维 按性能和原 材料分类 按性能 分 （力学性 能 ） ： 1 ）高性能 碳纤维 2 ）低性能 碳纤维根据 原丝类 型分 ： 1 ) 聚丙烯腈 基纤维 ； 2 ) 粘胶基碳 纤维 ； 3 ) 沥青 基碳纤维 ； 4 ) 木质素纤 维基碳 纤维； 5 ) 其他 有机纤 维基 (各种 天然纤 维、再 生纤维 、缩合 多环芳香 族合成纤维 )碳纤维。3 5 .3 5 3 5 3 5 碳 纤 维 从 PAN原 丝 到 石 墨 纤 维 需 经 过 哪 些 关 键 处 理 过程四个 主要 环节 ： 原丝 的制 备、 原丝的 预氧 化、 预氧化 后的 炭化 或石墨化 、后处理 3 6 .3 6 3 6 3 6 PAN纤维预 氧化及沥青 纤维不焙处 理的目的 预氧 化的目 的 ： 由于 PAN的 Tg在 1 0 0 以下 ， 在分解 前易软化 ，因而不能 直接在惰性气 体中进行炭化 。预氧化后体 型分子链会 转化成耐 热的六元环梯 形结构。在高 温炭化时，不 熔不燃，保 持纤维形 态，从而得到 高质量的 CF。 沥青 纤维不 熔化处 理目的 ： 为了使沥 青纤维在炭化 时 ， 不发生软化熔融 而保持纤维形 状。 3 7 .3 7 3 7 3 7 碳 化 和 石 墨 化 处 理 过 程 中 形 成 的 微 观 结 构 区 别 和 所 导 致 的 力学性能 区别 碳化 是在惰性 气体保护下进 行 ， 一般用高 纯度氮气 （ 9 9 .9 9 8 % ） ，使预氧丝 的耐热梯型结 构进行热解和 热缩聚 ， 非碳元素 （ N、 O、 H） 逐步逸走 ， 碳得到富 集 ， 逐步向乱 层石墨结构 （ turbostraticstructure）转化 ，最终生成 无机碳纤维 。碳化温度 一般在 1 2 0 0 1 6 0 0 之 间 ， 但 7 0 0 左 右 是 结 构 转 化 的 敏 感 温 度 。 7 0 0 后，碳的 网面取向度、 碳的网面形成 量迅速增加， 小角 X射 线衍射强 度也随之增加 ，部分乱层石 墨结构向三维 有序结构转 化。 石墨 化 是在惰性 气体（一般为 氩气）保护下 进行，石墨化 温度在 2 8 0 0 3 0 0 0 之间进行 。 在高温石 墨化过程 ， 非碳原子 进一 步 逸 走 ， 碳 原 子 进 一 步 富 集 ， 使 石 墨 纤 维 的 含 碳 量 高 达 9 9 1 0 0 % 。 同时 ， 石墨微晶 择优取向度提 高 ， 使其杨氏 模量显著增 加。这也 是石墨化的目 的所在。3 8 .3 8 3 8 3 8 为 什么 一般 CF， 尤其 是高 模 量 CF沿 纤维 方向 热 膨胀 系数 为负 值 碳纤维等 碳材料属于乱 层石墨结构或 石墨结构。当 其受热时， 石墨层面 中的碳原子在 层面上下方向 来回振动，产 生膨胀；在 层面方向 由于其上下振 动而产生收缩 。碳纤维的石 墨化程度愈 高，热膨 胀系数愈小。3 9 .3 9 3 9 3 9 CF表面处 理的途径及 目的 表面处 理的途径： a. 清除表 面杂质 b. 在纤维 表面形成微 孔或刻蚀沟 槽，增加 表 面能 c. 引 入具 有 极 性或 反 应性 官 能 团以 及 形成 能 与 树 脂起作用 的中间层。表面处 理的目的： 提高 CF与基体树 脂的界面粘合 强度 有机纤维 4 0 .4 0 4 0 4 0 有机纤 维提高力学 性能的途径 1 ） 伸 直 链 超 拉 伸 技 术可 有 效 减 少 纤 维中 折 叠 分 子 ， HSPE的超倍拉 伸。 2 ）增加大 分子自身的刚 性 防止折叠 。 Kevlar3 ）提高分 子量 减少分子 链末端数目。 4 ） 稀 溶 液减 少 链 缠 绕 HSPE(柔 性 链 ) （ Kevlar 刚 性 连 液晶纺丝 ） 4 1 .4 1 4 1 4 1 PPTA为什 么采用 高浓度 、 高温 纺丝工 艺？聚 芳脂的 纺丝工 艺与聚芳酰 胺的区别 液晶纺丝 （ 向列型 ） ， 降低粘度 ； 使用高浓 度浆液 ， 有利于提 高力学性能 Kevlar干法或湿 法纺丝 聚芳脂 熔纺纺丝4 2 .4 2 4 2 4 2 Kevlar分子结 构与性能的 关系 4 3 .4 3 4 3 4 3 HSPE性能特 点，为什么 其耐水性好高强 、高 模、 轻质； 良好 的抗 湿性和 耐化 学腐 蚀性； 优越 的耐 磨性 、 耐疲劳性 、 挠曲性和 良好的电绝缘 性能 ； 热性能 ； 弹道防护性能；耐 光性；界面性 能 由于 纤维 具有 高度的 分子 取向 和结晶 ，大 分子 截面积 小， 所以链间排列 紧密，从而有 效地阻止水和 化学试剂的侵 蚀 界面 4 4 .4 4 4 4 4 4 界面的 作用及界面 效应作用 1 ) 传 递作用 。 界面能传 递场量 ， 如传递力 ， 即将外力 传递 给增强物 ，起到基体和 增强体之间的 桥梁作用。 2 ) 阻断 作用 。 结合适当 的界面有阻止 裂纹扩展 、 中断材料 破坏 、 减缓应力 集中的作用。 3 ) 保 护作 用 。界 面相可 以保护 增强体 免受环 境的侵 蚀，防 止基 体与增强 体之间的化学 反应，起到保 护增强体的作 用。 效应 （ 1 ） 传递 效应 ： 界面可将 复合材料体系 中基体承受的 外力 传递给增 强相，起到基 体和增强相之 间的桥梁作用 。 （ 2 ） 阻断效应 ： 基体和增 强相之间结合 力适当的界面 有 阻止裂纹 扩展、 减缓应力 集中的作用 。 （ 3 ） 不连 续效应 ：在界面 上产生物理性能的不连 续性和界面摩 擦出现的现象 ，如抗电性、 电感应性、 磁性 、 耐热性和 磁场尺寸稳定 性等 （ 4 ） 散射 和吸收 效应 ： 光波 、声波 、 热弹性波 、 冲击波等 在界面产生散 射和吸收 ， 如透光性 、 隔热性、 隔音性、耐机 械冲击性等 。 （ 5 ） 诱导 效应 ：一种物 质（通常是 增强剂）的表 面结构使另一 种（通常是聚 合物基体） 与之接触 的物质的结构 由于诱导作用 而发生改变， 由此产生一 些现象， 如高弹性、低 膨胀性、耐热 性和冲击性等 。4 5 .4 5 4 5 4 5 表面张 力的影响因 素 (1 ) 表面张力 与物质结构、 性质有关。 (2 ) 物质的表 面张力与它相接触的另 一相物质有关 。 (3 ) 表面张力 随温度不同而 不同 ， 一 般温度升 高，表面张力 下降。 4 6 .4 6 4 6 4 6 物理吸 附与化学吸 附的区别 4 7 .4 7 4 7 4 7 浸润性 与接触角关 系、表面粗 糙度对接触 角的影响 完 全浸 润： =0 LV=SV-SL 浸 润： 0 SV-SL不 浸 润： 9 0 1 8 0 SVSL 完全不浸 润 : =1 8 0 4 8 .4 8 4 8 4 8 界面理 论的大致内 容及所解释 的现象 界面 润湿理 论： 界面润湿 理论是基于液 态树脂对纤维 表面的浸润亲和 ， 即物理和 化学吸附作用 。 浸润不良 :会在界面 上产生空 隙 ， 导 致 界 面 缺 陷 和 应 力 集 中 ， 使 界 面 强 度 下 降 。 浸 润 不 良 :会在界面 上产生空隙， 导致界面缺陷 和应力集中， 使界面强 度 下降 。化学 键用理 论 ： 化学键理 论认为要使两 相之间实现有 效的粘结 ， 两相的表 面应具有能相 互发生化学反 应的活性基团 ，通过官能 团的反应 以化学键结合 形成界面。若 两相之间不能 直接进行化 学反应， 也可通过偶联 剂的媒介作用 以化学键互相 结合 优先 吸附理 论： 优先吸附 理沦认为，界 面上可能发生 增强体表 面优先吸 附树脂中的某 些组分，这些 组分与树脂有 良好的相容 性，可以 大大改善树脂 对增强体的浸 润；同时，由 于优先吸附 作用 ， 在集中的 作用 ， 可以防止 界面脱粘 。 由于优先 吸附作用 ，在界 面上可 以形成 所谓的 “柔性 层 ”，该 柔性层 ” 是一 种固化 度 不高的树 脂层，它可以 起到松弛界面 广应力集中的 作用，可以 防止界面 的脱粘。 防水 层理论 ： 防水层理 论认为，清洁 的玻璃表面是 亲水的，而经偶联剂 处理并覆盖的 表面变成疏水 表面，该表面 可以防止水 的侵蚀， 从而改善复合 材料湿态强度 。 可逆 水解理 论： 可逆水解 理论亦称为可 形变层理论、 减轻界面 局部应力 理论。增强材 料经处理剂处 理后，能减缓 固化收缩产 生附加应 力、界面应力 集中等几种应 力的作用，因 此一些研究 者对界面 的形成及其作 用提出了几种 理论：一种理 论认为，处 理剂在界 面形成了一层 塑性层，它能 松弛界面的应 力，减小界 面应力的 作用 ， 这种理论 称为 “ 变形层理 论 ” ； 另一种理 论认为 ，处理剂是 界面的组成部 分，这部分是 介于高模量增 强材料和低 模量基体 材料之间的中 等模量物质， 能起到均匀传 递应力，从 而减弱界 面应力的作用 ，这种理论称 为 “ 抑制层理 论 ” 。 摩擦 理论： 摩擦理论 认为，基体与 增强材料界面 的形成完全是由于摩擦 作用。基体与 增强材料间的 摩擦系数决定 了复合材料 的强度。 处理剂的作用 在于增加了基 体与增强材料 间的摩擦系 数，从而 使复合材料的 强度提高。该 理论可较好地 解释复合材 料界面受 水等低分子物 质浸入后强度 下降，干燥后 强度又能部 分恢复的 现象。水等小 分子浸入界面 使基体与增强 材料间的摩 擦系数减 小，界面传递 应力的能力减 弱，故强度降 低。干燥后 界面水分 减少，基体与 增强材料间的 摩擦系数增大 ，传递应力 的能力增 加，故强度部 分恢复。4 9 .4 9 4 9 4 9 影响界 面粘合强度 的因素 纤维表面 晶体大小及比 表面积 CF晶体尺寸 粘合强度 比表面积 粘合强度 浸润性 浸润性 粘合强度 界面反应 性 界面反应 性 粘合强度 残余应力 残余应力 粘合强度 5 0 .5 0 5 0 5 0 水对树 脂基 CM及界面 的破坏作用 水的侵入 水对玻璃 纤维表面的化 学腐蚀作用 水对树脂 的降解作用 水溶胀树 脂导致界面脱 粘破坏 水进入孔 隙产生渗透压 导致界面脱粘 破坏 水促使破 坏裂纹的扩展 感谢 丁冰同学的 辛勤努 力 ！ ！ ！