復(fù)合材料原理期末重點(diǎn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章復(fù)合材料：由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的單一材料，通過不同復(fù)合方法所得到的宏觀多相材料。主要特征：多相結(jié)構(gòu)存在著復(fù)合效應(yīng)。特點(diǎn)：1、不僅保持原組分的部分優(yōu)點(diǎn)，而且具有原組分不具備的特性2、 區(qū)別于單一材料的另一顯著特性是材料的可設(shè)計(jì)性3、 材料與結(jié)構(gòu)的一致性工程應(yīng)用的角度分類：結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料復(fù)合材料的組成：A、結(jié)構(gòu)復(fù)合材料：增強(qiáng)體：在結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中主要起承受載荷的作用；基 體：起連接增強(qiáng)體、傳遞載荷、分散載荷的作用。B、功能復(fù)合材料：基 體：主要起連接作用； 功能體：是賦予復(fù)合材料以一定的物理、化學(xué)功能。界面的功能：傳遞應(yīng)力、粘結(jié)與脫粘。第二章材料的復(fù)合

2、效應(yīng)線性效應(yīng)：線性指量與量之間成正比關(guān)系。非線性效應(yīng) ：非線性指量與量之間成曲線關(guān)系 。1) 平均效應(yīng)：是復(fù)合材料所顯示的最典型的一種復(fù)合效應(yīng)。2) 平行效應(yīng)：增強(qiáng)體(如纖維)與基體界面結(jié)合很弱的復(fù)合材料所顯示的復(fù)合效應(yīng)，可以看作是平行效應(yīng)。3) 相補(bǔ)效應(yīng)：組成復(fù)合材料的基體與增強(qiáng)體，在性能上能互補(bǔ)，從而提高了綜合性能，則顯示出相補(bǔ)效應(yīng)。4) 相抵效應(yīng)：基體與增強(qiáng)體組成復(fù)合材料時(shí)，若組分間性能相互制約，限制了整體性能提高，則復(fù)合后顯示出相抵效應(yīng)。1. 相乘效應(yīng)：兩種具有轉(zhuǎn)換效應(yīng)的材料復(fù)合在一起，有可能發(fā)生相乘效應(yīng)。Eg:把具有電磁效應(yīng)的材料與具有磁光效應(yīng)的材料復(fù)合時(shí)，將可能產(chǎn)生復(fù)合材料的電光效

3、應(yīng)。2. 誘導(dǎo)效應(yīng)：在一定條件下，復(fù)合材料中的一組分材料可以通過誘導(dǎo)作用使另一組分材料的結(jié)構(gòu)改變而改變整體性能或產(chǎn)生新的效應(yīng)。3. 共振效應(yīng)：兩相鄰的材料在一定條件下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械的或電、磁的共振。4. 系統(tǒng)效應(yīng)：這是一種材料的復(fù)雜效應(yīng)，至目前為止，這一效應(yīng)的機(jī)理尚不很清楚。1）、兩相復(fù)合體系有l(wèi)0種可能的連通性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)(0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、2-2、2-3、3-3)；2）、三個(gè)相組成的復(fù)合體系結(jié)構(gòu)有20種可能存在的連通性；3） 、四個(gè)相時(shí)，它可能存在35種連通性。 (1)0-3型結(jié)構(gòu) 這是基體為三維連續(xù)相，而增強(qiáng)體或功能體以不連續(xù)相的微粒狀分布在基體中的結(jié)

4、構(gòu)狀態(tài)。(2)1-3型結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的基體仍為三維連續(xù)相，而增強(qiáng)體則為纖維狀一維材料。 (3)2-2型結(jié)構(gòu) 這是一種由兩種組分材料呈層狀疊合而成的多層結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。(4)2-3型結(jié)構(gòu) 在這類復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中，基體相仍為三維連續(xù)相，而增強(qiáng)體或功能體為二維結(jié)構(gòu)的片狀材料。(5)3-3型結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)的基體相為三維連續(xù)相，而增強(qiáng)體或功能體為三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或塊狀結(jié)構(gòu)鑲嵌在基體之中。第三章碳纖維表面氧的存在形式：低濃度的羥基、羰基、羧基、內(nèi)酯基能與樹脂基體反應(yīng)的基團(tuán)：環(huán)氧基、氨基碳纖維的表面改性：a、增加比表面積；b、增加其表面的含氧基團(tuán)第四章潤(rùn)濕理論指出：要使樹脂對(duì)增強(qiáng)體緊密接觸，就必須使樹脂對(duì)增強(qiáng)體表面

5、很好地浸潤(rùn)。前提條件：液態(tài)樹脂的表面張力必須低于增強(qiáng)體的臨界表面張力。結(jié)合方式：屬于機(jī)械結(jié)合與潤(rùn)濕吸附（范德華力）。優(yōu)點(diǎn)：解釋了增強(qiáng)體表面粗化、表面積增加有利于提高與基體樹脂界面結(jié)合力的事實(shí)。不足：不能解釋施用偶聯(lián)劑后使樹脂基復(fù)合材料界面粘結(jié)強(qiáng)度提高的現(xiàn)象。證明：偶聯(lián)劑在玻璃纖維/樹脂界面上的偶聯(lián)效果一定有部分（或者是主要的）不是由界面的物理吸附所提供，而是存在著更為本質(zhì)的因素在起作用?；瘜W(xué)鍵理論認(rèn)為：基體樹脂表面的活性官能團(tuán)與增強(qiáng)體表面的官能團(tuán)能起化學(xué)反應(yīng)。因此樹脂基體與增強(qiáng)體之間形成化學(xué)鍵的結(jié)合，界面的結(jié)合力是主價(jià)鍵力的作用。偶聯(lián)劑正是實(shí)現(xiàn)這種化學(xué)鍵結(jié)合的架橋劑。成功之處：在偶聯(lián)劑應(yīng)用于玻

6、璃纖維復(fù)合材料中得到很好應(yīng)用，也被界面研究的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。局限性：碳纖維復(fù)合材料，當(dāng)碳纖維經(jīng)過某些柔性聚合涂層處理后，力學(xué)性能改善。但聚合物不具備與碳表面起反應(yīng)的活性基團(tuán)，也不具備與樹脂其反應(yīng)的基團(tuán)。 總結(jié)：對(duì)于復(fù)合體系的界面現(xiàn)象和結(jié)構(gòu)的解釋，不能單純以一種化學(xué)偶聯(lián)或單純以一種物理化學(xué)現(xiàn)象來解釋。若潤(rùn)濕理論和化學(xué)鍵理論都存在時(shí)，認(rèn)為化學(xué)偶聯(lián)作用應(yīng)是主要的，然后提高浸潤(rùn)性，則效果最佳。 非樹脂基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)與結(jié)合類型對(duì)非樹脂基復(fù)合材料的界面類型可以分為三種類型：一、材料的界面只有原物質(zhì)而不含其他任何組合；二、界面為增強(qiáng)體與基體形成的相互交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散界面；三、界面上有界面反應(yīng)層。復(fù)合材料界面

7、結(jié)合的形式：1 機(jī)械結(jié)合：若復(fù)合材料中的界面僅僅是增強(qiáng)體和基體間純粹的機(jī)械接觸而無化學(xué)作用而形成的，則稱此類界面為“機(jī)械結(jié)合式”界面。特點(diǎn)：a、機(jī)械接觸b、無化學(xué)作用2 溶解與浸潤(rùn)結(jié)合：由單純的浸潤(rùn)和溶解作用，使增強(qiáng)體和基體形成交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散界面是一種次價(jià)鍵力的結(jié)合。特點(diǎn)：a、潤(rùn)濕和溶解b、形成交錯(cuò)的溶解擴(kuò)散界面c、次價(jià)鍵力的結(jié)合3 反應(yīng)界面結(jié)合：非樹脂基復(fù)合材料中，增強(qiáng)體和基體主要是以主價(jià)鍵力而相互結(jié)合起來的，在界面上生成了新的反應(yīng)物層稱為反應(yīng)界面結(jié)合。 特點(diǎn)：a、形成了新的反應(yīng)物層b、主價(jià)鍵力的結(jié)合4、 氧化結(jié)合5、混合結(jié)合界面破壞的能量流散概念： 當(dāng)裂紋受到外因素作用時(shí)，裂紋的發(fā)展過程將

8、是逐漸通過樹脂最后到達(dá)纖維表面。在裂紋擴(kuò)展的過程中，將隨著裂紋的發(fā)展逐漸消耗能量，并且由于能量的流散而減緩裂紋的發(fā)展。對(duì)于垂直的裂紋峰還將減緩對(duì)纖維的沖擊。 如果界面上的化學(xué)鍵是集中的，當(dāng)裂紋發(fā)展時(shí)，能量流散少或能量集中于裂紋峰，可能沒有引起集中鍵的破壞就沖斷纖維，造成材料的破壞。如果化學(xué)鍵是分散的，樹脂自界面逐漸分離，鍵逐漸破壞，這樣，應(yīng)力沒有集中與裂紋峰而逐漸消耗能量，引起脫粘破壞（鍵的破壞）。介質(zhì)引起界面破壞的機(jī)理：A、玻璃纖維經(jīng)多層吸附形成了不易除去的水膜。B、發(fā)生水與玻璃纖維和樹脂的化學(xué)變化，引起界面脫粘，造成復(fù)合材料的破壞。B1、進(jìn)入界面的水將使樹脂發(fā)生溶脹B2、界面上產(chǎn)生拉伸應(yīng)力

9、B3、界面遭受破壞B4、水介質(zhì)還將促使微裂紋的發(fā)展B5、材料的整體破壞RCOOR + H2O RCOOH + ROH復(fù)合材料界面優(yōu)化設(shè)計(jì)：界面的功能：傳遞應(yīng)力、粘結(jié)與脫粘。第五章化學(xué)結(jié)合的形式主價(jià)鍵結(jié)合：共價(jià)鍵、離子鍵、金屬鍵等次價(jià)鍵結(jié)合：分子的電荷、極化、偶極之間的靜電作用和誘導(dǎo)、分子間的擴(kuò)散等對(duì)玻璃纖維表面進(jìn)行化學(xué)處理的目的：使之形成新的表面，并使新生表面上的活性基團(tuán)與聚合物基體發(fā)生界面反應(yīng)23、 簡(jiǎn)述硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維的作用過程，寫出反應(yīng)方程式。以硅烷偶聯(lián)劑為例來說明這種反應(yīng)的過程：(1)有機(jī)硅烷水解，生成硅醇：OH(2)玻璃纖維表面吸水，生成羥基： (3)硅醇與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)

10、，又分三步：第一步：硅醇與玻璃纖維表面反應(yīng)生成氫鍵：第二步：低溫干燥(水分蒸發(fā))，硅醇進(jìn)行醚化反應(yīng)：第三步：高溫干燥(水分蒸發(fā))，硅醇與吸水玻璃纖維間進(jìn)行醚化反應(yīng)： 至此，有機(jī)硅烷處理劑與玻璃纖維表面結(jié)合起來了，相當(dāng)于新生的活性表面。 24、 硅烷偶聯(lián)劑與聚合物基體是怎么作用的？有機(jī)硅烷中的R基團(tuán)：雙鍵、環(huán)氧基、胺基、長(zhǎng)鏈烷基等。 R基團(tuán)若為雙鍵，可參與不飽和聚酯樹脂的交聯(lián)反應(yīng)，在界面形成牢固的化學(xué)鍵結(jié)合。 R基團(tuán)若為環(huán)氧基、胺基，可參與環(huán)氧樹脂的固化反應(yīng)，形成化學(xué)鍵結(jié)合的界面層。 R基團(tuán)還可以是長(zhǎng)鏈烷基，（主要針對(duì)熱塑性樹脂），那么，以實(shí)現(xiàn)與基體分子的插入與纏結(jié)。 總之，這些界面反應(yīng)都增強(qiáng)了

11、界面粘結(jié)，提高了復(fù)合材料的性能。25、 玻璃纖維增強(qiáng)水泥的目的，玻璃纖維受到水泥侵蝕的類型及采取的主要措施？玻璃纖維基增強(qiáng)混凝土水泥是以水化活性礦物為主要成分的水硬性膠凝材料。熟料：主要膠凝物質(zhì)提供強(qiáng)度的主要組份；石膏：調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間緩凝劑；硅酸鹽水泥熟料主要含有四種礦物：不定的玻璃體、fCaO、fMgO及含堿礦物。采用纖維的目的：為了克服水泥硬化體抗拉強(qiáng)度低、抗裂性差、脆性大等缺點(diǎn)。玻璃纖維是水泥基復(fù)合材料常用的增強(qiáng)材料。中堿與無堿玻璃纖維在普通硅酸鹽水泥水化物中受到了兩種類型的侵蝕： 一種是化學(xué)侵蝕，即水泥水化生成的Ca(OH)2與玻璃纖維的硅氧骨架之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水化硅酸鈣，當(dāng)水

12、泥液相中有NaOH、KOH存在時(shí)則加速了這一反應(yīng)；另一種是應(yīng)力侵蝕，由于玻璃纖維表面存在著缺陷，水泥水化生成的晶體可進(jìn)入這些缺陷中，在缺陷端部造成應(yīng)力集中并使缺陷擴(kuò)展。從而破壞了玻璃纖維與水泥基體之間的界面結(jié)合。 為防止水泥水化物對(duì)玻璃纖維的侵蝕，可采取下列三種主要措施： (1)改變玻纖的化學(xué)組分： eg：在玻纖中加入較多量的ZrO2成分可提高其抗堿性； (2)對(duì)玻纖表面進(jìn)行被覆處理，以隔絕水泥水化物對(duì)纖維的侵蝕。 eg：可用鍺、鈦、鋅、鋁等金屬的水溶性鹽對(duì)纖維進(jìn)行處理，也可用某些抗堿性好的樹脂如環(huán)氧、呋喃等對(duì)玻纖進(jìn)行浸漬處理而后使之固化； (3)使用水化物堿度低的水泥以減緩或防止對(duì)玻璃纖維的

13、侵蝕。 主要是采用水化產(chǎn)物中Ca(OH)2含量低的甚至無Ca(OH)2的水泥。 eg：高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥等。 碳纖維的表面官能團(tuán)可能以下列形式存在：羥基、羰基、羧基、內(nèi)酯基能與樹脂基體中反應(yīng)的基團(tuán)：環(huán)氧基、氨基 第六章26、 玻璃纖維表面處理的目的和意義？所謂表面處理，就是在增強(qiáng)體表面涂覆上一種稱為表面處理劑的物質(zhì)，這種表面處理劑包括浸潤(rùn)劑及一系列偶聯(lián)劑和助劑等物質(zhì)，它有利于增強(qiáng)體與基體間形成一個(gè)良好的粘結(jié)界面，從而達(dá)到提高復(fù)合材料各種性能的目的。 27、 簡(jiǎn)述偶聯(lián)劑的作用機(jī)理?偶聯(lián)劑的分子兩端含有性質(zhì)不同的基團(tuán)，一端的基團(tuán)與增強(qiáng)體表面發(fā)生化學(xué)或物理作用，另一端的基團(tuán)則能和基體發(fā)生化學(xué)或物

14、理作用，從而使增強(qiáng)體和基體很好地偶聯(lián)起來，獲得良好的界面粘結(jié)，改善了多方面性能，并有效地抵抗了水的侵蝕。按化學(xué)組成，偶聯(lián)劑主要可分為有機(jī)鉻和有機(jī)硅兩大類，此外還有鈦酸酯等。玻璃纖維表面處理方法：前處理法、后處理法、遷移法后處理法：使用紡織型浸潤(rùn)劑的玻璃纖維及制品，在使用前原則上都采用此法處理。目前普遍采用的一種方法。處理方法：分兩步：（對(duì)于“紡織型浸潤(rùn)劑”）首先除去浸潤(rùn)劑. a、洗滌法：在皂水或有機(jī)溶液中清洗，然后烘干。 b、熱處理法：（250450） 1h。 第二步用表面處理劑處理（要求產(chǎn)品質(zhì)量較高時(shí)），處理步驟為：浸漬水洗烘干前處理法：是適當(dāng)改變浸潤(rùn)劑配方，使之既能滿足拉絲、退并、紡織各道

15、工序的要求，又不妨礙樹脂基體對(duì)玻璃纖維的浸潤(rùn)和粘結(jié)。將偶聯(lián)劑加入到上述的浸潤(rùn)劑中，在拉絲過程中表面處理劑就被覆到玻璃纖維表面上。用這種被覆了增強(qiáng)型浸潤(rùn)劑的纖維織成的玻璃布稱為前處理布。 與后處理法比較： 1）、不需再做任何處理而可以直接應(yīng)用 ； 2）、可省去復(fù)雜的處理工藝及設(shè)備，使用方便 ； 3）、避免了因熱處理而造成的纖維強(qiáng)度損失，是比較理想的處理方法；缺點(diǎn)：既要有處理效果，又要同時(shí)滿足紡織工藝，和樹脂基體要有良好的浸潤(rùn)以及滿足制作玻璃鋼各道工序的要求，是一個(gè)比較復(fù)雜的綜合技術(shù)問題。 遷移法：將化學(xué)處理劑直接加入到樹脂膠液中進(jìn)行整體摻和，在浸膠的同時(shí)將偶聯(lián)劑施于玻璃纖維上，借處理劑從樹脂膠液

16、中到纖維表面的“遷移”作用與纖維表面發(fā)生反應(yīng)，從而在樹脂固化過程中產(chǎn)生偶聯(lián)作用。 遷移法常與前處理法結(jié)合使用。 遷移法比較適用于填料與樹脂不便于分開的體系. 一般來說，遷移法處理的效果較前兩種方法稍差 優(yōu)點(diǎn)：工藝操作簡(jiǎn)便，不需要龐雜的處理設(shè)備，能源消耗也大大降低。 有機(jī)硅烷是一類品種很多，效果也很顯著的表面處理劑，其一般結(jié)構(gòu)通式為：RnSiX4-n 1 R為有機(jī)基團(tuán)，是可與合成樹脂作用形成化學(xué)鍵的活性基團(tuán),如不飽和雙鍵、環(huán)氧基、氨基等；2 X為易水解的基團(tuán)，如甲氧基、乙氧基等。3 n1，2，3 絕大多數(shù)n1X基團(tuán)與玻璃纖維表面的作用機(jī)理： 硅烷偶聯(lián)劑處理玻璃纖維通常經(jīng)歷四個(gè)階段： 開始時(shí)在偶聯(lián)

17、劑Si上的n個(gè)不穩(wěn)定的x基團(tuán)發(fā)生水解； 隨后縮合成低聚體； 這些低聚體與基質(zhì)表面上的-OH形成氫鍵; 最后在干燥或固化過程中與基質(zhì)表面形成共價(jià)鍵并伴隨著少量的水。28、 沃蘭與玻璃纖維表面的作用機(jī)理？（有機(jī)鉻）沃蘭處理劑與玻纖表面的作用可用如下過程表示：29、 碳纖維表面處理的目的和意義?碳纖維的表面處理就是為了改善其表面結(jié)構(gòu)和性能，采取針對(duì)性的措施，使之與基體材料很好地粘結(jié)，從而達(dá)到提高其復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度、斷裂韌性、尺寸穩(wěn)定性及界面的抗?jié)裥?。碳纖維表面處理機(jī)理是什么？ 答：清除碳纖維表面雜質(zhì)，在表面刻蝕溝槽或形成微孔以增大表面積，從類似石墨層面改性成碳狀結(jié)構(gòu)以增加碳纖維表面能，或者引入具

18、有極性或反應(yīng)性的官能團(tuán)以形成與樹脂起作用的中間層。30、 碳纖維表面處理的方法有哪些？（及作用效果）碳纖維表面處理對(duì)提高復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度是一個(gè)十分重要的因素，其他還會(huì)影響表面積、官能團(tuán)和浸潤(rùn)性增加等。1、 表面浸涂有機(jī)化合物：采用類似紡織中的漿紗工藝，在碳纖維表面涂覆含有反應(yīng)性端基的樹脂（羥端基的丁二烯/丙烯酸共聚物等），以改善碳纖維的界面粘結(jié)性。處理后，提高了與樹脂的相容性，纖維不易起毛2、 表面涂覆無機(jī)化合物：增加碳纖維的比表面積，改善其與基體的界面結(jié)合。表面上沉積無定形碳：在高模量結(jié)晶型碳纖維表面加涂一層低模量無定形碳，無定形碳活性大，易與樹脂浸潤(rùn)，提高界面粘結(jié)力，能顯著提高碳纖維復(fù)合

19、材料的層間剪切強(qiáng)度。 加涂碳化物：用化學(xué)氣相沉積（CVD）的方法加涂碳化物。 3、 表面化學(xué)處理： 臭氧氧化法：臭氧極易分解成一個(gè)氧分子和一個(gè)新生態(tài)活潑氧原子，氧化碳纖維表面的不飽和碳原子，生成含氧官能團(tuán)陽極電解氧化法：靠電解產(chǎn)生的新生態(tài)氧對(duì)碳纖維表面進(jìn)行氧化和腐蝕，碳纖維表面被氧化腐蝕，使比表面積增大、化學(xué)基團(tuán)增加。 鹽溶液處理：先浸涂甲酸、乙酸、硝酸等的銅、鉛、鈷等鹽類溶液，然后在空氣或氧氣中于200-600下氧化，使碳纖維表面粗糙而達(dá)到改善效果。4、 電解氧化處理5、 等離子體處理：碳纖維表面經(jīng)氧、氯、氨、烯烴、炔烴等各種氣體等離子體處理后，其物化性能發(fā)生顯著變化，最重要的有如下幾方面。

20、 強(qiáng)度和直徑的變化 實(shí)質(zhì)上等離子體處理是對(duì)纖維表面作了蝕刻（清潔作用），碳纖維強(qiáng)度和直徑都會(huì)受影響。 表面組成的變化 無機(jī)等離子體含氧、氮等元素，能在碳纖維表面引入含氧極性官能團(tuán)。使纖維的表面能增加,改善了聚合物基體對(duì)纖維表面的浸潤(rùn)性能，增加與樹脂的相互作用。31、 為提高聚乙烯的復(fù)合性能，其改性方法有哪些？(1)交聯(lián)：采用過氧化物進(jìn)行交聯(lián)可以使聚乙烯分子結(jié)構(gòu)成為三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。作用：交聯(lián)后可提高拉伸強(qiáng)度、耐熱性；防老化和耐候性，其尺寸穩(wěn)定性、耐磨性和耐腐蝕性均有所提高。注意：使用過氧化物作交聯(lián)劑時(shí)，要適當(dāng)選擇交聯(lián)劑的類型、用量及交聯(lián)溫度。 (2)氯化：氯化是聚乙烯改性的重要方法。以四氯化碳

21、和三氯甲烷作溶劑，將高密度聚乙烯混合，在反應(yīng)器內(nèi)加熱使聚乙烯溶解，然后用液氯進(jìn)行氯化反應(yīng)。優(yōu)點(diǎn)：1、聚乙烯氯化以后，破壞了聚乙烯的結(jié)晶性，因而材料變得更柔軟，密度更大，阻燃性有所提高；2、與填料的兼容性好，與填料的界面粘結(jié)力增強(qiáng)，材料的性能顯著提高。(3)共聚：共聚也是聚乙烯改性的一種重要方法，通常將乙烯單體與丙烯丁烯、醋酸乙烯等進(jìn)行共聚合反應(yīng)，生成共聚物。這些共聚物既保留了聚乙烯的主要性能，又體現(xiàn)了參與共聚的組分性能。(4)共混：聚乙烯與橡膠類物質(zhì)(熱塑性彈性體、聚異丁烯、天然橡膠、丁苯橡膠等)共混可顯著提高抗沖擊性能，有些情況還可改善加工性能。在聚乙烯中混入羧化聚乙烯可提高聚乙烯與CaC0

22、3界面粘結(jié)力，起到偶聯(lián)劑的作用，提高了聚乙烯鈣塑材料的強(qiáng)度。 有機(jī)纖維的表面處理技術(shù) 1、Kevlar纖維樹脂復(fù)合材料的界面粘結(jié)好，由于其纖維容易軸向劈裂，導(dǎo)致其復(fù)合材料層間剪切強(qiáng)度和抗壓縮強(qiáng)度不高； “皮-芯”結(jié)構(gòu)，皮層是剛性的大分子鏈伸直呈棒狀，緊密地沿軸向排列；芯層是由許多沿軸向較松散排列的串晶聚集體，串晶之間有氫鍵聯(lián)結(jié)。在剪切作用下很容易發(fā)生相對(duì)滑移，而導(dǎo)致纖維內(nèi)部軸向裂紋的引發(fā)和擴(kuò)展。因此，芳綸纖維的縱向強(qiáng)度高，橫向強(qiáng)度低，導(dǎo)致皮芯易分離及纖維容易發(fā)生軸向劈裂的特點(diǎn)。 2、Kevlar纖維容易吸水，從而影響復(fù)合材料界面層的特性。通過研究Kevlar纖維表面改性和調(diào)節(jié)基體樹脂及其界面層

23、的特性來改進(jìn)復(fù)合材料的剪切強(qiáng)度。方法：1、采用在Kevlar纖維金屬化后，再與正溴代十八烷、溴代醋酸等進(jìn)行反應(yīng)，使纖維表面形成長(zhǎng)鏈烷烴分子或活性基團(tuán)；2、不同氣體下等離子體處理，如氨氣，引入-NH2；3、用含有異氰酸基的彈性聚合物與Kevlar纖維表面發(fā)生反應(yīng)；4、采用帶活性基團(tuán)的柔性高分子稀溶液進(jìn)行表面涂層。 金屬基復(fù)合材料的纖維表面處理 用于金屬基復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維有碳纖維、硼纖維、SiC纖維、A12O3纖維等。為了保證金屬基復(fù)合材料界面的良好結(jié)合與性能穩(wěn)定，對(duì)這些增強(qiáng)纖維的基本要求是與金屬基體有良好的兼容性。增強(qiáng)體的表面性質(zhì)可分為兩種類型：1、增強(qiáng)體表面能很低，極不容易被基體所潤(rùn)濕，但又

24、能與某些金屬發(fā)生強(qiáng)烈的界面反應(yīng)，如碳纖維與氧化鋁纖維等；2、增強(qiáng)體表面比較容易被基體潤(rùn)濕，也能與某些基體反應(yīng)，但比第一類穩(wěn)定得多，如碳化硅纖維和碳化硼纖維。滿足既容易潤(rùn)濕而又無反應(yīng)的惰性增強(qiáng)體目前尚未發(fā)現(xiàn)，只能說相對(duì)某一對(duì)體系基本上可以達(dá)到。 從界面優(yōu)化的觀點(diǎn)來看：1、希望增強(qiáng)體與基體之間最好在潤(rùn)濕之后又能適當(dāng)產(chǎn)生一些界面反應(yīng)；2、還要避免其他一些反應(yīng)；3、要盡量降低在復(fù)合成型工藝過程中產(chǎn)生反應(yīng)的程度； 實(shí)現(xiàn)這些目的的有效方法就是要對(duì)增強(qiáng)纖維進(jìn)行表面處理。處理方法主要有化學(xué)氣相沉積(CVD)法和涂層處理法。 第七章纖維按形態(tài)可分為：連續(xù)纖維、非連續(xù)纖維（短纖維）或晶須由纖維和基體組成一種鋪層（

25、或稱單層）（層合板），并以不同方向?qū)雍隙煞Q為多向?qū)雍习澹ㄈ绻环N鋪層都處于同一方向稱為單向?qū)雍习澹?fù)合材料力學(xué)1) 宏觀力學(xué)研究的對(duì)象是疊層復(fù)合材料中的單層板或是復(fù)合材料組成的各種構(gòu)件，尺寸遠(yuǎn)大于單個(gè)分散相的尺寸；2) 細(xì)觀力學(xué)研究的尺度為纖維或顆粒直徑為特征尺寸；3) 微觀力學(xué)研究的尺度可以是晶粒、原纖，甚至小到分子、晶胞和原子。應(yīng)力的定義：應(yīng)變的定義：載荷：作為單向纖維復(fù)合材料，其主彈性常數(shù)為：E1縱向彈性模量E2橫向彈性模量12 主泊松比（纖維方向拉伸引起橫向的收縮比）G12面內(nèi)剪切模量而材料的主強(qiáng)度值為：1u 縱向強(qiáng)度（拉伸和壓縮）2u 橫向強(qiáng)度（拉伸和壓縮）12u 剪切強(qiáng)度上式為

26、復(fù)合材料性能與復(fù)合材料組成性能加權(quán)和之間的關(guān)系，被稱為混合定律。32、 請(qǐng)推導(dǎo)復(fù)合材料單向板受軸向載荷時(shí)，纖維承受的載荷占總載荷的比例公式，并計(jì)算Vf=0.5的單向板，當(dāng)Ef/Em分別為0.1、1、10、50時(shí)，纖維承擔(dān)的載荷所占的比例分別為多少？復(fù)合材料在受軸向力時(shí)，基體和纖維所承受的載荷大小與它們的模量和體積分?jǐn)?shù)有關(guān)：纖維承受的載荷占總載荷的比例為：基體對(duì)E1只有很小的影響，纖維對(duì)E2也只有很小的影響。由此，可得到近似式：復(fù)合材料的主泊松比是指在軸向外加應(yīng)力時(shí)橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值。纖維方向拉伸引起橫向的收縮比。橫向收縮，縱向伸長(zhǎng)，主泊松比橫向變形增量泊松比、剪切應(yīng)力的概念。 答：主泊松

27、比是指在軸向外加應(yīng)力時(shí)橫向應(yīng)變與縱向應(yīng)變的比值： 剪切應(yīng)力：物體內(nèi)部任一截面的兩方單位面積上的相互作用力：33、某玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的Em=3.53 GPa, Vf=0.6,試驗(yàn)得E1=47.07 GPa。試由材料力學(xué)法估算E2。E1=EfVf+EmVm47.07=Ef*0.6+3.53*0.4Ef=76.096E2=EfEm/(EmVf+EfVm)=3.53*76.096/(3.53*0.6+76.096*0.4)=8.25134、某玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的f=0.25，m=0.6， Em=3.53 GPa, 試驗(yàn)測(cè)得E2=15.59 GPa。試由材料力學(xué)方法估算12。E2=Ef

28、Em/(EmVf+EfVm)Em/VmVm=3.53/15.59=0.22612=mVm+fVf=0.6*0.226+0.25*(1-0.226)=0.3291 GPa=1000MPa=1000 000KPa=1000 000 000Pa35、 纖維體積分?jǐn)?shù)為40%的單向聚酯基復(fù)合材料在平行于纖維方向承受100MPa應(yīng)力，如果纖維和基體的拉伸模量Ef和Em分別為75GPa和5GPa，泊松比f和m分別為0.21和0.35，計(jì)算復(fù)合材料的軸向和橫向應(yīng)變。E1=EfVf+EmVm=75*0.4+5*0.6=33GPa1=1/E1=0.1/33=0.00312=mVm+fVf=0.35*0.6+0.2

29、1*0.4=0.2942=-0.294*0.003=-0.單層板的面內(nèi)剪切模量G12假定纖維和基體所承受的剪切應(yīng)力相等，并假定復(fù)合材料的剪切特性是線性的，總剪切變量為D。試樣的剪切特性：若試樣寬度為W，則有剪切應(yīng)變：若和分別為纖維和基體的變形量，則有G：剪切模量非均勻的應(yīng)力分布因?yàn)镋fEm,所以薄切片xx中的大部分應(yīng)變由樹脂承擔(dān)；而yy中的應(yīng)變遠(yuǎn)小于xx中樹脂的應(yīng)變，稱為樹脂有應(yīng)變放大。Kies利用最簡(jiǎn)單的纖維按正方形陳列分布模型，在承受簡(jiǎn)單拉伸應(yīng)變時(shí)，在樹脂中沿AB線的應(yīng)變放大率為：36、如圖所示單向復(fù)合材料中纖維按照正方形排 列，纖維直徑為10 m，Vf=0.60， Ef=80 GPa，

30、Em=3GPa，當(dāng)受x方向載荷時(shí)，求基體在x方向局部應(yīng)變m與復(fù)合材料平均應(yīng)變c的比值。Wm=x *(2s-2a) Wf=f *2a W=c *2sW=Wm+Wfx=/Em（樹脂） f=/Ef（纖維）f=x * Em/Efc*2s = x *(2s-2a) + f*2a = x *(2s-2a) + x * Em/Ef *2ax/c = s/s+(Em/Ef-1)a (樹脂應(yīng)變放大含纖維部分）纖維的體積分?jǐn)?shù)Vf= pi*a*a*h/2s*2s*h=pi*a*a/4s*s0.6=3.14*0.5*0.5*10-12/4s*sS=5.721umx/c=5.721/5.721+(3/80 - 1)*5

31、=6.297Tsai鄰接度：用修正規(guī)則排列的分析方法來考慮纖維之間的接近程度，用系數(shù)c來表示。C可從01之間變化，c由實(shí)驗(yàn)確定。C=0纖維孤立樹脂連續(xù)C=1纖維連續(xù)樹脂孤立36、依據(jù)Halpin-Tsai方程，推導(dǎo)當(dāng)=0和 =時(shí)復(fù)合材料彈性模量表達(dá)式。=0時(shí)，=時(shí)，37、單向板的縱向拉伸強(qiáng)度的表達(dá)式？設(shè)： 1u 、fu 、mu分別為復(fù)合材料單向板平行于纖維軸向的拉伸破壞應(yīng)力、纖維的軸向破壞拉伸應(yīng)力、基體的拉伸破壞應(yīng)力；f、m：基體破壞時(shí)纖維承受的拉伸應(yīng)力和纖維破壞時(shí)基體所承受的應(yīng)力。1 、f 、m：為材料破壞前的單層板、纖維、基體各自承受的應(yīng)力。1u 、 fu 、 mu、 f、 m、 1 、

32、f 、 m與上述對(duì)應(yīng)的應(yīng)變。（1） fu mu（脆-脆復(fù)合材料）當(dāng)Vf較低時(shí)，1u = fVf+mu(1-Vf)單層板強(qiáng)度1u 主要依賴于mu，在纖維斷裂前先發(fā)生基體斷裂，所有載荷轉(zhuǎn)移到纖維上而最終使纖維破壞當(dāng)Vf較大時(shí)，1u= fu Vf 因EfEm，基體只承受小部分載荷，載荷增加至纖維斷裂當(dāng)Vf Vf時(shí)，拉伸過程會(huì)出現(xiàn)基體的多重開裂。（2） 當(dāng)fu mu時(shí)，脆-韌復(fù)合材料，纖維將首先破壞。當(dāng)Vf較小時(shí)，1u = mu(1-Vf)纖維斷裂而轉(zhuǎn)移載荷很小當(dāng)Vf較高時(shí)，1u = fu Vf+m (1-Vf)纖維斷裂而轉(zhuǎn)移到基體上載荷很大，此時(shí)，基體隨之?dāng)嗔裋f：表示對(duì)應(yīng)于fu Em粒子可以承受較

33、大應(yīng)力而使基體應(yīng)力減小，從而導(dǎo)致復(fù)合材料的強(qiáng)度上升；EfEm，粒子的加入并不能降低基體的實(shí)際應(yīng)力，故復(fù)合體系的強(qiáng)度下降粒子表面具有活性時(shí)(粒子本身具有活性或經(jīng)表面處理)，粒子與基體間可發(fā)生化學(xué)作用，一方面形成某種化學(xué)結(jié)合，另一方面可使粒子周圍的基體增加有序性，加強(qiáng)物理作用、提高密度、減少缺陷。由于界面強(qiáng)度的增加及粒子周圍的基體密度遞減有利于降低應(yīng)力集中程度，故這類粒子導(dǎo)入基體，在復(fù)合材料中起增強(qiáng)作用43、從理論上說明了超微細(xì)粒子比通常粒子對(duì)聚合物具有更好的增強(qiáng)作用？超細(xì)粒子對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能影響超微細(xì)粒子比通常粒子對(duì)聚合物具有更好的增強(qiáng)作用這從理論上說明了超微細(xì)粒子比通常粒子對(duì)聚合物具有更好的增強(qiáng)作用。第八章8.1 密度復(fù)合材料中，基體或填料的含量通常以質(zhì)量百分率表示，必須將質(zhì)量百