复合材料课件第3章 复合材料的界面状态解析.pdf

第3章复合材料的界面状态解析 复合材料的组成 基体 增强体 界面的地位: Matrix Reinforcement 基体与增强体之间的 “纽带” 基体与增强体之间的 “桥梁” 界面 复合材料的 “心脏” Interface 复合材料的特征 物理化学领域： 物理化学认为不同相共存体系在各相之间存在界面： 气—液，液－液，气—固，固－固，液－固 其中：气—液，气—固界面称为表面。 由此可见物理化学中界面是一个没有几何厚度的曲面。 复合材料领域： 复合材料科学中的界面是一个具有多层结构的过渡区 域，有一定厚度的界面层，约几个纳米到几个微米。 复合材料界面定义 复合材料的界面是指基体相与增强相之间化学成分有 显著变化的、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的微小 区域。 1、外力场 2 、基体 3、基体表面区 4 、相互渗透区 5、增强剂表面区 6、增强体 复合材料界面研究历程 1942年，科学家们就注意到复合材料中的界面问题 1963年，科学家们开始了界面理论和界面形成机理的探讨 目前，已经发展成一门学科，拥有自己的专门期刊： Composites Interface 3.1 界面效应 3.1.1 复合材料界面的特点 复合材料的界面层，除了在性能和结构上不同于相 邻两组分相外，还具有如下特点： 1.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。 2.具有一定厚度。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。 3.1.1 界面层特点 3. 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。 4. 界面层随环境条件变化而改变。 5. 界面缺陷形式多样 （包括残余应力），对复合材料性能 影响十分敏感 3.1.2 复合材料界面效应分类 界面是复合材料的特征，可将界面的机能归纳为以下几 种效应： （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， 如抗电性、电感应性、磁性、耐热性和尺寸稳定性等。 3.1.2 复合材料界面效应分类 （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（感应效应）：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