碳纤维复合材料的表界面课件

Q碳纤维复合材料的表界面Q碳纤维复合材料的表界面1复合材料的界面形成过程与现象口界面现象:复合材料是由性质和形状各不相同的两种或两种以上材料组元复合而成的,在两种材料之间——界面相口界面现象:①表面吸附作用与浸润②扩散与粘结(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)口界面的粘结强度是衡量复合材料中增强材料与基体间界面结合状态的一个指标。对于结构复合材料而言,界面粘结强度过高或过弱都不利于材料的力学性能。复合材料的界面形成过程与现象2hemicallybondedDiffusedinterfaceinterfaceInterface0M-0-SiF1bM-0-SiMatrixoCouplingagenthemically3复合材料的界面形成过程(ormationoftheinterfaceofcomposites)PMC、MMC、CMC、C/C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II.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.接触一吸附与浸润一交互扩散一化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种特殊的浸润II.界面形成与发展的关键阶段复合材料的界面形成过程(ormationofthei4(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)口在复合材料界面形成过程中涉及a.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。b.界面间的相互转化:如,固化过程是固液界面向固-固界面转化的过程口后处理过程:固-固界面自身完善与平衡的过程。(3)第三阶段:液态(或粘流态)组分的固化过程,即凝固或化学5复合材料界面结构与性能特点structureandpropertycharactersoftheinterlayerA.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;B.具有一定厚度的界面相(层),其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化,具有“梯度”材料性能特征C.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);D.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。复合材料界面结构与性能特点6PMC界面区域示意图1-外力场;2树脂基体;3-基体表面区;4相互渗透区5-增强剂表面区6-增强剂PMC界面区域示意图7界面的功能与设计(designandcontrolofinterlayer)日界面具有双重功能①传递应力——需要一定界面结合强度,但不是愈高愈好②界面破坯——界面结合愈弱,界面破坏形式愈丰富,能量耗散愈多,高的界面粘产”度和高韧性因此,要求界面:口在脆性纤维-脆性①适宜的粘接强度往导致各组元相中及相间的应力②最佳的界面结构和状态其能量耗散仅限③与界面相联系的理想的涉及界面破坏,微观破坏机制口弱的界面结合强度时肥市米科整体尚时刀子独反和韧性。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性破坏界面的功能与设计(designandcontrolo8复合材料界面的控制

复合材料界面的控制是通过界面粘合状态、界面层特性的调整及控制以使复合材料达到最佳的综合(如强度、韧性等方面)性能。☆孤立地将界面认为是零厚度的二维面,仅考虑该面两侧的粘接问题是远远不够的。

界面是具有一定厚度的、存在于增强纤维与树脂基体之间的过渡区。

探讨界面层所需的性能,调整界面相结构,来控制复合材料的性能复合材料界面的控制9界面残余应力1)热残余应力口热膨胀系数的不同、环境温度的变化是多组分材料存在热残余应力的根本原因。口高性能树脂基复合材料多半高温固化成型,成型温度与使用温度有很大差别;增强纤维与基体间热膨胀系数也存在很大差异2)固化残余应力口环氧、酚醛、不饱和聚酯、聚酰亚胺等树脂,在固化过程中都伴随着体积收缩。口纤维具有较高模量,树脂基体的固化收缩会在材料内部形成很大的固化收缩应力,这将导致材料过早脱黏破坏或脆性断裂界面残余应力10碳纤维复合材料的表界面课件11碳纤维复合材料的表界面课件12碳纤维复合材料的表界面课件13碳纤维复合材料的表界面课件14碳纤维复合材料的表界面课件15碳纤维复合材料的表界面课件16碳纤维复合材料的表界面课件17碳纤维复合材料的表界面课件18碳纤维复合材料的表界面课件19碳纤维复合材料的表界面课件20碳纤维复合材料的表界面课件21碳纤维复合材料的表界面课件22Q碳纤维复合材料的表界面Q碳纤维复合材料的表界面23复合材料的界面形成过程与现象口界面现象:复合材料是由性质和形状各不相同的两种或两种以上材料组元复合而成的,在两种材料之间——界面相口界面现象:①表面吸附作用与浸润②扩散与粘结(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)口界面的粘结强度是衡量复合材料中增强材料与基体间界面结合状态的一个指标。对于结构复合材料而言,界面粘结强度过高或过弱都不利于材料的力学性能。复合材料的界面形成过程与现象24hemicallybondedDiffusedinterfaceinterfaceInterface0M-0-SiF1bM-0-SiMatrixoCouplingagenthemically25复合材料的界面形成过程(ormationoftheinterfaceofcomposites)PMC、MMC、CMC、C/C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II.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.接触一吸附与浸润一交互扩散一化学结合或物理结合。化学结合可看作是一种特殊的浸润II.界面形成与发展的关键阶段复合材料的界面形成过程(ormationofthei26(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)口在复合材料界面形成过程中涉及a.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。b.界面间的相互转化:如,固化过程是固液界面向固-固界面转化的过程口后处理过程:固-固界面自身完善与平衡的过程。(3)第三阶段:液态(或粘流态)组分的固化过程,即凝固或化学27复合材料界面结构与性能特点structureandpropertycharactersoftheinterlayerA.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;B.具有一定厚度的界面相(层),其组成、结构、性能随厚度方向变化而变化,具有“梯度”材料性能特征C.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);D.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。复合材料界面结构与性能特点28PMC界面区域示意图1-外力场;2树脂基体;3-基体表面区;4相互渗透区5-增强剂表面区6-增强剂PMC界面区域示意图29界面的功能与设计(designandcontrolofinterlayer)日界面具有双重功能①传递应力——需要一定界面结合强度,但不是愈高愈好②界面破坯——界面结合愈弱,界面破坏形式愈丰富,能量耗散愈多,高的界面粘产”度和高韧性因此,要求界面:口在脆性纤维-脆性①适宜的粘接强度往导致各组元相中及相间的应力②最佳的界面结构和状态其能量耗散仅限③与界面相联系的理想的涉及界面破坏,微观破坏机制口弱的界面结合强度时肥市米科整体尚时刀子独反和韧性。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性破坏界面的功能与设计(designandcontrolo30复合材料界面的控制

复合材料界面的控制是通过界面粘合状态、界面层特性的调整及控制以使复合材料达到最佳的综合(如强度、韧性等方面)性能。☆孤立地将界面认为是零厚度的二维面,仅考虑该面两侧的粘接问题是远远不够的。

界面是具有一定厚度的、存在于增强纤维与树脂基体之间的过渡区。

探讨界面层所需的性能,调整界面相结构,来控制复合材料的性能复合材料界面的控制31界面残余应力1)热残余应力口热膨胀系数的不同、环境温度的变化是多组分材料存在热残余应力的根本原因。口高性能树脂基复合材料多半高温固化成型,成型温度与使用温度有很大差别;增强纤维与基体间热膨胀系数也存在很大差异2)固化残余应力口环氧、酚醛、不饱和聚酯、聚酰亚胺等树脂,在固化过程中都伴随着体积收缩。口纤维具有较高模量,树脂基体的固化收缩会在材料内部形成很大的固化收缩应力,这将导致材料过早