碳纖維復(fù)合材料的表界面課件

Q碳纖維復(fù)合材料的表界面Q碳纖維復(fù)合材料的表界面1復(fù)合材料的界面形成過程與現(xiàn)象口界面現(xiàn)象:復(fù)合材料是由性質(zhì)和形狀各不相同的兩種或兩種以上材料組元復(fù)合而成的,在兩種材料之間——界面相口界面現(xiàn)象:①表面吸附作用與浸潤(rùn)②擴(kuò)散與粘結(jié)(含界面互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))③界面上分子間相互作用力(范氏力和化學(xué)鍵合力)口界面的粘結(jié)強(qiáng)度是衡量復(fù)合材料中增強(qiáng)材料與基體間界面結(jié)合狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料而言,界面粘結(jié)強(qiáng)度過高或過弱都不利于材料的力學(xué)性能。復(fù)合材料的界面形成過程與現(xiàn)象2hemicallybondedDiffusedinterfaceinterfaceInterface0M-0-SiF1bM-0-SiMatrixoCouplingagenthemically3復(fù)合材料的界面形成過程(ormationoftheinterfaceofcomposites)PMC、MMC、CMC、C/C等復(fù)合材料體系對(duì)界面要求各不相同,它們的成型加工方法與工藝差別很大,各有特點(diǎn),使復(fù)合材料界面形成過程十分復(fù)雜,理論上可分為三個(gè)階段。(1)第一階段:增強(qiáng)體表面預(yù)處理或改性階段。I.界面設(shè)計(jì)與控制的重要手段II.改性層成為最終界面層的重要組成部分II.為第二階段作準(zhǔn)備(2)第二階段:增強(qiáng)體與基體在一組份為液態(tài)(或粘流態(tài))時(shí)的接觸與浸潤(rùn)過程I.接觸一吸附與浸潤(rùn)一交互擴(kuò)散一化學(xué)結(jié)合或物理結(jié)合?；瘜W(xué)結(jié)合可看作是一種特殊的浸潤(rùn)II.界面形成與發(fā)展的關(guān)鍵階段復(fù)合材料的界面形成過程(ormationofthei4(3)第三階段:液態(tài)(或粘流態(tài))組分的固化過程,即凝固或化學(xué)反應(yīng)。I.界面的固定(亞穩(wěn)態(tài)、非平衡態(tài))II.界面的穩(wěn)定(穩(wěn)態(tài)、平衡態(tài))口在復(fù)合材料界面形成過程中涉及a.界面間的相互置換:如,潤(rùn)濕過程是一個(gè)固液界面置換固氣表面的過程。b.界面間的相互轉(zhuǎn)化:如,固化過程是固液界面向固-固界面轉(zhuǎn)化的過程口后處理過程:固-固界面自身完善與平衡的過程。(3)第三階段:液態(tài)(或粘流態(tài))組分的固化過程,即凝固或化學(xué)5復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)structureandpropertycharactersoftheinterlayerA.非單分子層,其組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、形貌十分復(fù)雜、形式多樣界面區(qū)至少包括:基體表面層、增強(qiáng)體表面層、基體/增強(qiáng)體界面層三個(gè)部分;B.具有一定厚度的界面相(層),其組成、結(jié)構(gòu)、性能隨厚度方向變化而變化,具有“梯度”材料性能特征C.界面的比表面積或界面相的體積分?jǐn)?shù)很大(尤其是納米復(fù)合材料)界面效應(yīng)顯著(復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng)產(chǎn)生的根源);D.界面缺陷形式多樣(包括殘余應(yīng)力)(residualstress),對(duì)復(fù)合材料性能影響十分敏感。復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)6PMC界面區(qū)域示意圖1-外力場(chǎng);2樹脂基體;3-基體表面區(qū);4相互滲透區(qū)5-增強(qiáng)劑表面區(qū)6-增強(qiáng)劑PMC界面區(qū)域示意圖7界面的功能與設(shè)計(jì)(designandcontrolofinterlayer)日界面具有雙重功能①傳遞應(yīng)力——需要一定界面結(jié)合強(qiáng)度,但不是愈高愈好②界面破坯——界面結(jié)合愈弱,界面破壞形式愈豐富,能量耗散愈多,高的界面粘產(chǎn)”度和高韌性因此,要求界面:口在脆性纖維-脆性①適宜的粘接強(qiáng)度往導(dǎo)致各組元相中及相間的應(yīng)力②最佳的界面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)其能量耗散僅限③與界面相聯(lián)系的理想的涉及界面破壞,微觀破壞機(jī)制口弱的界面結(jié)合強(qiáng)度時(shí)肥市米科整體尚時(shí)刀子獨(dú)反和韌性?？梢园l(fā)生多種界面破壞形式(如纖維拔出、脫粘、應(yīng)力再分配等),從而消耗大量的外界功,提高材料的強(qiáng)度和韌性,避免脆性斷裂或?yàn)?zāi)難性破壞界面的功能與設(shè)計(jì)(designandcontrolo8復(fù)合材料界面的控制

復(fù)合材料界面的控制是通過界面粘合狀態(tài)、界面層特性的調(diào)整及控制以使復(fù)合材料達(dá)到最佳的綜合(如強(qiáng)度、韌性等方面)性能?！罟铝⒌貙⒔缑嬲J(rèn)為是零厚度的二維面,僅考慮該面兩側(cè)的粘接問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

界面是具有一定厚度的、存在于增強(qiáng)纖維與樹脂基體之間的過渡區(qū)。

探討界面層所需的性能,調(diào)整界面相結(jié)構(gòu),來控制復(fù)合材料的性能復(fù)合材料界面的控制9界面殘余應(yīng)力1)熱殘余應(yīng)力口熱膨脹系數(shù)的不同、環(huán)境溫度的變化是多組分材料存在熱殘余應(yīng)力的根本原因?？诟咝阅軜渲鶑?fù)合材料多半高溫固化成型,成型溫度與使用溫度有很大差別;增強(qiáng)纖維與基體間熱膨脹系數(shù)也存在很大差異2)固化殘余應(yīng)力口環(huán)氧、酚醛、不飽和聚酯、聚酰亞胺等樹脂,在固化過程中都伴隨著體積收縮?？诶w維具有較高模量,樹脂基體的固化收縮會(huì)在材料內(nèi)部形成很大的固化收縮應(yīng)力,這將導(dǎo)致材料過早脫黏破壞或脆性斷裂界面殘余應(yīng)力10碳纖維復(fù)合材料的表界面課件11碳纖維復(fù)合材料的表界面課件12碳纖維復(fù)合材料的表界面課件13碳纖維復(fù)合材料的表界面課件14碳纖維復(fù)合材料的表界面課件15碳纖維復(fù)合材料的表界面課件16碳纖維復(fù)合材料的表界面課件17碳纖維復(fù)合材料的表界面課件18碳纖維復(fù)合材料的表界面課件19碳纖維復(fù)合材料的表界面課件20碳纖維復(fù)合材料的表界面課件21碳纖維復(fù)合材料的表界面課件22Q碳纖維復(fù)合材料的表界面Q碳纖維復(fù)合材料的表界面23復(fù)合材料的界面形成過程與現(xiàn)象口界面現(xiàn)象:復(fù)合材料是由性質(zhì)和形狀各不相同的兩種或兩種以上材料組元復(fù)合而成的,在兩種材料之間——界面相口界面現(xiàn)象:①表面吸附作用與浸潤(rùn)②擴(kuò)散與粘結(jié)(含界面互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))③界面上分子間相互作用力(范氏力和化學(xué)鍵合力)口界面的粘結(jié)強(qiáng)度是衡量復(fù)合材料中增強(qiáng)材料與基體間界面結(jié)合狀態(tài)的一個(gè)指標(biāo)。對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)合材料而言,界面粘結(jié)強(qiáng)度過高或過弱都不利于材料的力學(xué)性能。復(fù)合材料的界面形成過程與現(xiàn)象24hemicallybondedDiffusedinterfaceinterfaceInterface0M-0-SiF1bM-0-SiMatrixoCouplingagenthemically25復(fù)合材料的界面形成過程(ormationoftheinterfaceofcomposites)PMC、MMC、CMC、C/C等復(fù)合材料體系對(duì)界面要求各不相同,它們的成型加工方法與工藝差別很大,各有特點(diǎn),使復(fù)合材料界面形成過程十分復(fù)雜,理論上可分為三個(gè)階段。(1)第一階段:增強(qiáng)體表面預(yù)處理或改性階段。I.界面設(shè)計(jì)與控制的重要手段II.改性層成為最終界面層的重要組成部分II.為第二階段作準(zhǔn)備(2)第二階段:增強(qiáng)體與基體在一組份為液態(tài)(或粘流態(tài))時(shí)的接觸與浸潤(rùn)過程I.接觸一吸附與浸潤(rùn)一交互擴(kuò)散一化學(xué)結(jié)合或物理結(jié)合。化學(xué)結(jié)合可看作是一種特殊的浸潤(rùn)II.界面形成與發(fā)展的關(guān)鍵階段復(fù)合材料的界面形成過程(ormationofthei26(3)第三階段:液態(tài)(或粘流態(tài))組分的固化過程,即凝固或化學(xué)反應(yīng)。I.界面的固定(亞穩(wěn)態(tài)、非平衡態(tài))II.界面的穩(wěn)定(穩(wěn)態(tài)、平衡態(tài))口在復(fù)合材料界面形成過程中涉及a.界面間的相互置換:如,潤(rùn)濕過程是一個(gè)固液界面置換固氣表面的過程。b.界面間的相互轉(zhuǎn)化:如,固化過程是固液界面向固-固界面轉(zhuǎn)化的過程口后處理過程:固-固界面自身完善與平衡的過程。(3)第三階段:液態(tài)(或粘流態(tài))組分的固化過程,即凝固或化學(xué)27復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)structureandpropertycharactersoftheinterlayerA.非單分子層,其組成、結(jié)構(gòu)形態(tài)、形貌十分復(fù)雜、形式多樣界面區(qū)至少包括:基體表面層、增強(qiáng)體表面層、基體/增強(qiáng)體界面層三個(gè)部分;B.具有一定厚度的界面相(層),其組成、結(jié)構(gòu)、性能隨厚度方向變化而變化,具有“梯度”材料性能特征C.界面的比表面積或界面相的體積分?jǐn)?shù)很大(尤其是納米復(fù)合材料)界面效應(yīng)顯著(復(fù)合材料復(fù)合效應(yīng)產(chǎn)生的根源);D.界面缺陷形式多樣(包括殘余應(yīng)力)(residualstress),對(duì)復(fù)合材料性能影響十分敏感。復(fù)合材料界面結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)28PMC界面區(qū)域示意圖1-外力場(chǎng);2樹脂基體;3-基體表面區(qū);4相互滲透區(qū)5-增強(qiáng)劑表面區(qū)6-增強(qiáng)劑PMC界面區(qū)域示意圖29界面的功能與設(shè)計(jì)(designandcontrolofinterlayer)日界面具有雙重功能①傳遞應(yīng)力——需要一定界面結(jié)合強(qiáng)度,但不是愈高愈好②界面破坯——界面結(jié)合愈弱,界面破壞形式愈豐富,能量耗散愈多,高的界面粘產(chǎn)”度和高韌性因此,要求界面:口在脆性纖維-脆性①適宜的粘接強(qiáng)度往導(dǎo)致各組元相中及相間的應(yīng)力②最佳的界面結(jié)構(gòu)和狀態(tài)其能量耗散僅限③與界面相聯(lián)系的理想的涉及界面破壞,微觀破壞機(jī)制口弱的界面結(jié)合強(qiáng)度時(shí)肥市米科整體尚時(shí)刀子獨(dú)反和韌性?？梢园l(fā)生多種界面破壞形式(如纖維拔出、脫粘、應(yīng)力再分配等),從而消耗大量的外界功,提高材料的強(qiáng)度和韌性,避免脆性斷裂或?yàn)?zāi)難性破壞界面的功能與設(shè)計(jì)(designandcontrolo30復(fù)合材料界面的控制

復(fù)合材料界面的控制是通過界面粘合狀態(tài)、界面層特性的調(diào)整及控制以使復(fù)合材料達(dá)到最佳的綜合(如強(qiáng)度、韌性等方面)性能?！罟铝⒌貙⒔缑嬲J(rèn)為是零厚度的二維面,僅考慮該面兩側(cè)的粘接問題是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

界面是具有一定厚度的、存在于增強(qiáng)纖維與樹脂基體之間的過渡區(qū)。

探討界面層所需的性能,調(diào)整界面相結(jié)構(gòu),來控制復(fù)合材料的性能復(fù)合材料界面的控制31界面殘余應(yīng)力1)熱殘余應(yīng)力口熱膨脹系數(shù)的不同、環(huán)境溫度的變化是多組分材料存在熱殘余應(yīng)力的根本原因?？诟咝阅軜渲鶑?fù)合材料多半高溫固化成型,成型溫度與使用溫度有很大差別;增強(qiáng)纖維與基體間熱膨脹系數(shù)也存在很大差異2)固化殘余應(yīng)力口環(huán)氧、酚醛、不飽和聚酯、聚酰亞胺等樹脂,在固化過程中都伴隨著體積收縮?？诶w維具有較高模量,樹脂基體的固化收縮會(huì)在材料內(nèi)部形成很大的固化收縮應(yīng)力,這將導(dǎo)致材料過早