復(fù)合材料材料的界面理論

第3章材料的界面理論2021/10/10星期日1ppt課件3.1概述

在一個多相體系中，不同相之間存在界面。聚合物基復(fù)合材料一般是由增強纖維與基體樹脂兩相組成的，兩相之間存在著界面，通過界面使纖維與基體樹脂結(jié)合為一個整體，使復(fù)合材料具備了原組成樹脂所沒有的性能。2021/10/10星期日2ppt課件3.2表面現(xiàn)象和表面張力1.表面現(xiàn)象：發(fā)生在界面上的現(xiàn)象。2.產(chǎn)生表面現(xiàn)象的原因：與物質(zhì)的表面能有關(guān)。對顆粒粉碎作功所消耗的部分能量將轉(zhuǎn)變?yōu)閮Σ卦谖镔|(zhì)表面中的能量稱為表面能。3.表面自由能（自由能）:反映物質(zhì)表面所具有的特殊性質(zhì)，是由于其表面層分子所處狀態(tài)與其內(nèi)部分子所處狀態(tài)不同造成的。2021/10/10星期日3ppt課件3.3增強材料的表面性質(zhì)與處理3.3.1表面性質(zhì)表面性質(zhì):表面的物理特性、化學(xué)特性和表面自由能。表面性質(zhì)與材料的組成和結(jié)構(gòu)有關(guān)。

1.物理持性:指材料的表面形態(tài)和比表面積。

2.化學(xué)特性:

指材料表面化學(xué)組成和表面反應(yīng)活性。增強材料表面的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)，決定了增強材料表面自由能的大小、潤濕性及化學(xué)反應(yīng)活性。關(guān)系到增強材料是否需進行表面處理，其表面是否容易與環(huán)境接觸物反應(yīng)(如與氧、水、有機物等反應(yīng))，表面與基體材料間是否能形成化學(xué)鍵。增強纖維內(nèi)部的化學(xué)組成與其表面層的化學(xué)組成不完全相同。2021/10/10星期日4ppt課件3.表面自由能增強材料與基體能夠粘接在一起的必要條件，（1）是基體與增強材料能緊密接觸，（2）是它們之間能潤濕，后者取決于它們的表面自由能，即表面張力。若一種液體能浸潤一種固體(即在固體表面完全鋪開)，則固體的表面張力要大于液體的表面張力。常用的極性基體材料的表面張力在35~45達因·厘米-1之間(如聚酯樹脂的表面張力為35達因·厘米-1，雙酚A型環(huán)氧樹脂的表面張力為43達因·厘米-1)，若要求這些基體材料能潤濕增強纖維，則要求增強纖維的表面張力大于45達因·厘米-1。

硼纖維、碳化硅纖維、碳纖維等都有明顯的氧化表面，有利于形成具有高表面自由能(表面張力)的表面。若其表面被污染，一般會降低其表面能，影響極性基體對它的濕潤。2021/10/10星期日5ppt課件4.表面性質(zhì)與表面結(jié)構(gòu)的關(guān)系

增強材料的上述三種表面性質(zhì)除了與材料表面層化學(xué)組成有關(guān)外，還同增強材料的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。關(guān)于玻璃的結(jié)構(gòu)，有多種學(xué)說。主要是微晶結(jié)構(gòu)學(xué)說和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說。按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)說的觀點，硅酸鹽玻璃是由一個三維空間的不規(guī)律的連續(xù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。連續(xù)網(wǎng)絡(luò)又由許多多面體（如四面體）構(gòu)成。多面體的中心為電荷較多而半徑較小的陽離子所包圍。在玻璃內(nèi)部這些陽離子與周圍的陰離子間的相互作用力，是平衡的。2021/10/10星期日6ppt課件3.3.2增強材料的表面處理

1.碳纖維的表面處理

表面處理的作用：使復(fù)合材料不僅具有良好的界面粘接力、層間剪切強度，而且其界面的抗水性、斷裂韌性及尺寸穩(wěn)定性均有明顯的改進。此外，通過碳纖維表面改性處理，還可制得具有某種特殊功能的復(fù)合材料。

1）氧化法

（1）氣相法(或干法):以空氣、氧氣、臭氧等氧化劑，采用等離子表面氧化或催化氧化法。

（2）液相法（或濕法）：有硝酸、次氯酸鈉加硫酸、重鉻酸鉀加硫酸、高錳酸鉀加硝酸鈉加硫酸氧化劑及電解氧化法等。2021/10/10星期日7ppt課件

2）涂層法

(1)有機聚合物涂層：樹脂涂層、接枝涂層、電沉積與電聚合等。

(2)無機聚合物涂層：經(jīng)有機聚合物涂層后碳化、碳氫化合物化學(xué)氣相沉積、碳化硅或氧化鐵涂層、生長晶須涂層等。

3）凈化法與溶液還原法、真空解吸法、在惰性氣體中熱處理法、氯化鐵等溶液還原法。根據(jù)纖維和樹脂的結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料性能的不同，使用上述處理方法各有優(yōu)缺點。2021/10/10星期日8ppt課件2.玻璃纖維的表面處理為了在玻璃纖維抽絲和紡織工序中達到集束、潤滑和消除靜電吸附等目的，抽絲時，在單絲上涂了一層紡織型浸潤劑(石蠟乳劑)。（1）浸潤劑會影響復(fù)合材料性能（妨礙了纖維與基體材料的粘接），用前去除浸潤劑，（2）采用偶聯(lián)劑對纖維表面進行處理。偶聯(lián)劑的分子結(jié)構(gòu)中，一般都帶有兩種性質(zhì)不同的極性基團，一種基團與玻璃纖維結(jié)合，另一種基團能與基體樹脂結(jié)合，從而使纖維和基體這兩類性質(zhì)差異很大的材料牢固地連接起來。2021/10/10星期日9ppt課件浸潤劑的作用：

1原絲中的纖維不散亂而能相互粘附在一起；

2防止纖維間的磨損；

3原絲相互間不粘結(jié)在一起；

4便于紡織加工。

常用的浸潤劑：石蠟乳劑（含石蠟、凡士林、硬脂酸）、聚醋酸乙烯酯。

紡織型增強型注：用含石蠟乳劑的玻璃纖維及其制品，必須在浸膠前除去；聚醋酸乙烯酯對玻璃鋼性能影響不大，可不必除去2021/10/10星期日10ppt課件

1）表面偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機理

(1)有機硅烷類偶聯(lián)劑的反應(yīng)機理

(ⅰ)有機硅烷水解，生成硅醇。

(ⅱ)玻璃纖維表面吸水，生成羥基。2021/10/10星期日11ppt課件

(ⅲ)硅醇與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)，又分三步

第一步：硅酸與吸水的玻璃纖維表面生成氫鍵；2021/10/10星期日12ppt課件第二步：低溫干燥(水分蒸發(fā))，硅醇進行醚化反應(yīng)；第三步：高溫干燥(水分蒸發(fā))，硅醇與吸水玻璃纖維間進行醚化反應(yīng)；2021/10/10星期日13ppt課件

偶聯(lián)劑處理后纖維的性能：

1有機硅烷偶聯(lián)劑與玻璃纖維的表面結(jié)合起來了。有機硅烷中的R基團將與基體樹脂反應(yīng)，改變了玻璃纖維表面原來的性質(zhì)，使之具有憎水而親基體樹脂的性質(zhì)。

2X基團：有機硅烷中的X基團不同，將影響到偶聯(lián)劑水解和相互間聚合的速度，以及與玻璃纖維間的偶聯(lián)效果。目前采用較多的是X基團為甲氧基或乙氧基的有機硅烷偶聯(lián)劑。其水解速度比較緩慢，水解析出的甲醇和乙醇無腐蝕性，所生成的硅醇比較穩(wěn)定．可在水介質(zhì)條件下同玻璃纖維表面進行反應(yīng)。

3有機硅烷所帶的另一個基團R，將與基體樹脂反應(yīng)，不同的R基團，適用于不同類型的樹脂。

2021/10/10星期日14ppt課件(2)有機絡(luò)合物類偶聯(lián)劑的偶聯(lián)機理

另一大類偶聯(lián)劑是有機絡(luò)合物。它們是有機酸與氯化鉻的絡(luò)合物。該類偶聯(lián)劑在無水條件下結(jié)構(gòu)式為：應(yīng)用較多的是甲基丙烯酸氯化鉻鹽；即“沃蘭”(Vo1an)，其結(jié)構(gòu)式為：2021/10/10星期日15ppt課件

沃蘭對玻璃纖維表面的處理機理如下：

(ⅰ)沃蘭水解2021/10/10星期日16ppt課件(ⅱ)玻璃纖維表面吸水，生成羥基。(ⅲ)沃蘭與吸水的玻璃纖維表面反應(yīng)可分兩步：第一步：沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面間形成氫鍵：2021/10/10星期日17ppt課件

第二步：干燥（脫水)，沃蘭之間及沃蘭與玻璃纖維表面間縮合——醚化反應(yīng)；

沃蘭的R基團(CH3-C=CH2)及Cr—OH(Cr—Cl)將與基體樹脂反應(yīng)。2021/10/10星期日18ppt課件2）表面偶聯(lián)劑的處理效果改進了纖維及其復(fù)合材料耐水、電絕緣及老化等性能，顯著地提高了玻璃纖維濕態(tài)性能。玻璃纖維復(fù)合材料的各項性能均有改進，表明偶聯(lián)劑既保護了玻璃纖維的表面，又增強了纖維與樹脂界面的粘結(jié)，防止了水分和其它有害介質(zhì)的浸蝕。

2021/10/10星期日19ppt課件3）常用的偶聯(lián)劑

(1)耐高溫型偶聯(lián)劑如適用于聚苯并咪唑（PBI）和聚酰亞胺(PI)玻璃纖維復(fù)合材料的偶聯(lián)劑，是一類帶有苯環(huán)芳香族硅烷，這類偶聯(lián)劑都含有穩(wěn)定的苯環(huán)和能與樹脂反應(yīng)的官能團。

(2)過氧化物型偶聯(lián)劑既是偶聯(lián)劑又是引發(fā)劑、增粘劑。加熱時，由于熱裂解而產(chǎn)生自由基，通過自由基反應(yīng)可以和有機物或無機物起化學(xué)鍵合作用。除上述偶聯(lián)劑外，新型偶聯(lián)劑還有陽離子型、鈦酸酯型、鋁酸酯型和稀土類等。2021/10/10星期日20ppt課件3.4聚合物基復(fù)合材料的界面

聚合物基復(fù)合材料界面的形成大體分為兩個階段：

1、基體與增強材料的接觸與潤濕過程。

2、聚合物的固化過程。3.4.1復(fù)合材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的類型

由于各種組分的性質(zhì)、狀態(tài)和形態(tài)的不同，可以制造出不同復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。復(fù)合結(jié)構(gòu)按其織態(tài)結(jié)構(gòu)一般可分以下五個類型：

1.網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)是指在復(fù)合材料組分中，一相是三維連續(xù)，另一相為二維連續(xù)的或者兩相都是三維連續(xù)的。2021/10/10星期日21ppt課件2.層狀結(jié)構(gòu)兩組分均為二維連續(xù)相。所形成的材料在垂直于增強相和平行于增強相的方向上，其力學(xué)等性質(zhì)是不同的，特別是層間剪切強度低。3.單向結(jié)構(gòu)

纖維單向增強及筒狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。4.分散狀結(jié)構(gòu)以不連續(xù)相的粒狀或短纖維為填料(增強材料)的復(fù)合材料。在這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料中，聚合物為三維連續(xù)相，增強材料為不連續(xù)相。5.鑲嵌結(jié)構(gòu)分段鑲嵌的結(jié)構(gòu)，是由各種粉狀物質(zhì)通過高溫?zé)Y(jié)而形成不同相而結(jié)合形成的。2021/10/10星期日22ppt課件3.4.2復(fù)合材料的復(fù)合效果

1.組分效果是在已知組分的物理、力學(xué)性能的情況下，不考慮組分的形狀、取向、尺寸等狀態(tài)復(fù)雜的變量影響，而只把組成(體積分數(shù)、重量分數(shù)等)作為變量來考慮所產(chǎn)生的效果。組分效果又分為兩種情況，即加和效果和相補效果。2.結(jié)構(gòu)效果指復(fù)合物性能僅用組分性質(zhì)及組成作為Y的函數(shù)描述時，必須考慮連續(xù)相和分散相的結(jié)構(gòu)形狀、取向(定向)、尺寸等因素。結(jié)構(gòu)效果又可分為形狀效果、取向效果和尺寸效果三類。

3.界面效果由于界面的存在顯示出復(fù)合材料的各種性能。并由于界面結(jié)構(gòu)的變化而引起復(fù)合材料性能的變化。2021/10/10星期日23ppt課件3.4.3聚合物基復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)

1.樹脂抑制層與界面區(qū)

1）樹脂抑制層在復(fù)合材料中，越接近增強材料的表面，微膠束排列得越有序。在增強材料表面形成的樹脂微膠束有序?qū)臃Q為“樹脂抑制層”。

2）界面區(qū)界面區(qū)：由基體和增強材料的界面再加上基體和增強材料表面的薄層構(gòu)成。有時界面區(qū)還應(yīng)包括偶聯(lián)劑生成的偶合化合物，它是與增強材料的表面層、樹脂基體的表面層結(jié)合為一個整體的。從微觀角度，界面區(qū)可被看作是由表面原子及亞表面原子構(gòu)成的。基體和增強材料表面原子間的距離，取決了原子間的化學(xué)親合力、原子和基團的大小，以及復(fù)合材料制成后界面上產(chǎn)生的收縮量。2021/10/10星期日24ppt課件

界面區(qū)的作用：是使基體與增強材料形成一個整體，通過它傳遞應(yīng)力。

如果增強材料表面沒有應(yīng)力集中，而且全部表面都形成了界面，則界面區(qū)傳遞應(yīng)力是均勻的。若基體與增強材料間的潤濕性不好，膠接面不完全，應(yīng)力的傳遞面積僅為增強材料總面積的一部分。所以，為使復(fù)合材料內(nèi)部能均勻地傳遞應(yīng)力，顯示出優(yōu)良的性能，要求在復(fù)合材料的制備過程中形成一個完整的界面區(qū)。2021/10/10星期日25ppt課件2.界面結(jié)構(gòu)

1）粉狀填料復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)根據(jù)填料的表面能Ea和樹脂基體的內(nèi)聚能密度Ed的相對大小，可把填料分為活性填料和非活性填料。

Ea＞Ed為活性填料

Ea≤Ed為非活性填料當(dāng)填料是活性填料時，則在界面力的作用下界面區(qū)形成“致密層”。在“致密層”附近形成“松散層”，對于非活性填料，則僅有“松散層”存在。可把界面結(jié)構(gòu)示意描述如下：

活性填料：基體／松散層／致密層／活性填料非活性填料：基體／松散層／非活性填料2021/10/10星期日26ppt課件2）連續(xù)纖維增強復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)連續(xù)纖維增強復(fù)合材科的結(jié)構(gòu)與粉狀填料復(fù)合材料不同。

連續(xù)纖維增強為二個連續(xù)相的復(fù)合，

粉狀填料為一個連續(xù)相和一個分散相的復(fù)合。2021/10/10星期日27ppt課件3.界面作用機理

1）化學(xué)鍵理論基體表面上的官能團與纖維表面上的官能團起化學(xué)反應(yīng)，因此在基體與纖維間產(chǎn)生化學(xué)鍵的結(jié)合，形成界面。如：偶聯(lián)劑的應(yīng)用而得到證實，故也稱“偶聯(lián)”理論?；瘜W(xué)鍵理論一直比較廣泛地被用來解釋偶聯(lián)劑的作用。它對指導(dǎo)選擇偶聯(lián)劑有一定的實際意義。但是，化學(xué)鍵理論不能解釋為什么有的偶聯(lián)劑官能團不能與樹脂反應(yīng)，卻仍有較好的處理效果。2021/10/10星期日28ppt課件2）浸潤理論

兩相間的結(jié)合模式屬于機械粘接與潤濕吸附。物理吸附主要是范德華力的作用，使兩相間進行粘附。兩組分間如能實現(xiàn)完全浸潤，則樹脂在高能表面的物理吸附所提供的粘接強度，將大大超過樹脂的內(nèi)聚強度。要獲得好的表面浸潤，基體起初必須是低粘度，且其表面張力低于無機物表面臨界表面張力。一般無機物固體表面具有很高的臨界表面張力。但很多親水無機物在大氣中與濕氣平衡時，都被吸附水所覆蓋，這將影響樹脂對表面的浸潤。2021/10/10星期日29ppt課件3）減弱界面局部應(yīng)力作用理論當(dāng)聚合物基復(fù)合材料固化時，聚合物基體產(chǎn)生收縮。而且，基體與纖維的熱膨脹系數(shù)相差較大，因此在固化過程中，纖維與基體界面上就會產(chǎn)生附加應(yīng)力。這種附加應(yīng)力會使界面破壞，導(dǎo)致復(fù)合材料性能下降。此外，由外載荷作用產(chǎn)生的應(yīng)力，在復(fù)合材料中的分布也是不均勻的，因從復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)可知，纖維與樹脂的界面不是平滑的，結(jié)果在界面上某些部位集中了比平均應(yīng)力高的應(yīng)力，這種應(yīng)力集中將首先使纖維與基體間的化學(xué)鍵斷裂，使復(fù)合材料內(nèi)部形成微裂紋，這樣也會導(dǎo)致復(fù)合材料的性能下降。

2021/10/10星期日30ppt課件

增強材料經(jīng)偶聯(lián)劑處理后，能減緩上述幾種應(yīng)力的作用。對界面的形成及其作用提出了幾種理論：

1、偶聯(lián)劑在界面上形成了一層塑性層，它能松弛界面的應(yīng)力，減小界面應(yīng)力的作用，這種理論稱為“變形層理論”；

2、偶聯(lián)劑是界面區(qū)的組成部分．這部分是介于高模量增強材料和低模量基體之間的中等模量物質(zhì)，能起到均勻傳遞應(yīng)力，從而減弱界面應(yīng)力的作用，這種理論稱為“抑制層理論”。2021/10/10星期日31ppt課件4）摩擦理論基體與增強材料間界面的形成(粘接)完全是由于摩擦作用。兩者間的摩擦系數(shù)決定了復(fù)合材料的強度。偶聯(lián)劑的作用在于增加了兩相間的摩擦系數(shù)，使復(fù)合材料的強度提高。對于水等低分子物浸入后，復(fù)合材料的強度下降，但干燥后強度又能部分恢復(fù)的現(xiàn)象，這是由于水浸入界面后，基體與增強材料間的摩擦系數(shù)減小，界面?zhèn)鬟f應(yīng)力的能力減弱，故強度降低，而干燥后界面內(nèi)的水減少，基體與增強材料間的摩擦系數(shù)增大，傳遞應(yīng)力的能力增加，故強度部分地恢復(fù)。

2021/10/10星期日32ppt課件3.4.4復(fù)合材料界面的研究方法

1.浸潤性的測定若基體能完全潤濕被粘附的固體表面，則基體與被粘附固體間的粘附強度將超過基體的內(nèi)聚強度。

1）靜態(tài)法測定接觸角靜態(tài)法測定接觸角，通常多用于測定玻璃纖維與液態(tài)樹脂間的接觸角。測量儀器主要是各種角度測定儀，也可以用其它物理方法進行測定。

2）動態(tài)浸潤速率的測定

基本原理：是纖維束(試樣)底面上所受的壓力，等于纖維束浸潤樹脂部分所受的浮力，此壓力作用下致使樹脂滲進單向排列的纖維束間隙中去，樹脂的滲進速度取決于纖維與樹脂間的浸潤性和浸潤速率。2021/10/10星期日33ppt課件3）表面反應(yīng)性的測定通?？梢圆捎萌芤何椒▉硌芯刻祭w維的處理前后反應(yīng)性的變化。如用亞甲基蘭作為吸附質(zhì)，用分光光度法分析吸附前后溶液濃度的變化，在某—溫度下進行等溫吸附試驗，得到吸附等溫值，并按Langmin直線方程處理，求得最大吸附量作為纖維表面反應(yīng)性的表征。吸附量的公式如下：

式中：X—吸附量，摩爾/克；C—起始的溶液濃度，摩爾/升；C’—吸附平衡后的溶液濃度，摩爾/升；V—吸附溶液的體積，升；W—纖維的重量，克。2021/10/10星期日34ppt課件2.顯微鏡觀察法直觀研究復(fù)合材料表面和界面的方法，主要用于對纖維的表面形態(tài)、復(fù)合材料斷面的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)進行觀察。這種方法又可分為掃描電子顯微鏡觀察和光學(xué)顯微鏡觀察兩種。通過掃描電鏡可觀察到復(fù)合材料的破壞斷面狀態(tài)。3.紅外光譜法與拉曼光譜法通過紅外光譜分析來研究表面和界面的方法。可以了解物質(zhì)在增強材料表面是發(fā)生了物理吸附還是化學(xué)吸附。

拉曼光譜法是利用氬激光激發(fā)的拉曼光譜來研究表面和界面，它可用于研究偶聯(lián)劑與玻璃纖維間的粘接。2021/10/10星期日35ppt課件4.能譜儀法用于纖維表面偶聯(lián)劑處理前后的研究、用于界面的研究?？闪私獾浇缑骈g有否化學(xué)鍵存在，偶聯(lián)劑的作用機理也進一步得到證實。確切判斷粘接破壞發(fā)生的部位，因而可以很好地研究界面的破壞機理，以及改進界面狀況以提高復(fù)合材料的性能。5.X射線衍射法利用公式λ＝2dsinθ（λ為X射線波長，d為晶體間距，θ為布拉格角）測定由于纖維變形而引起布拉格角的變化?？裳芯吭鰪姴牧吓c基體之間的粘接強度。

2021/10/10星期日36ppt課件(六)界面力測定法

研究增強材料與基體間的界面強度。

1）光彈技術(shù)測定出基體與增強材料間界面上的應(yīng)力。將復(fù)合材料放入水中，利用光彈技術(shù)可觀察到：

A由于界面上存在附加應(yīng)力(如存在收縮應(yīng)力)而表現(xiàn)出來的

光學(xué)各向異性。

B經(jīng)過偶聯(lián)劑處理，或未經(jīng)偶聯(lián)劑處理的增強材料，與基體間界面的粘接強度不同，阻止水對界面破壞的能力不同。2021/10/10星期日37ppt課件2）單絲拔脫試驗法

單絲拔脫：將增強材料的單絲或細棒垂直埋入基體的澆注圓片中，然后將單絲或細棒從基體中拔出，測定出它們之間界面的剪切強度。研究界面的方法，還有放射性示蹤法、應(yīng)力腐蝕法等。2021/10/10星期日38ppt課件3.5聚合物基復(fù)合材料界面的破壞3.5.1界面粘接強度和斷裂的表面形態(tài)纖維-樹脂基體間界面的存在，賦予纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性。復(fù)合材料斷裂時，不僅斷裂力學(xué)行為與界面有關(guān)，而且復(fù)合材料斷裂表面形態(tài)與界面的粘接強度有關(guān)。粘接好的界面，纖維上粘附有樹脂；而粘接不好的界面，其斷面上拔出來的纖維是光禿而不粘附有樹脂。纖維-樹脂間界面粘接行為。由于界面粘接作用，受力前在纖維或樹脂中無應(yīng)變。受力后，樹脂中產(chǎn)生復(fù)雜的應(yīng)變，纖維通過界面粘接而“抓住”樹脂施加影響。2021/10/10星期日39ppt課件

纖維中載荷的變化（圖3-8）。載荷通過界面上的一種切變機理傳遞到纖維上。纖維端部切應(yīng)力最大，并在離開端部一定距離后衰減到零。而纖維端部的張應(yīng)力為零．它朝纖維的中部逐漸增大。纖維長徑比越大，它所承受的平均應(yīng)力也越大，模量的增加也越大。在纖維端部存在高切變應(yīng)力，可認為是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的原因。界面粘接的好壞與斷裂表面形貌（圖3-9）。單向復(fù)合材料平行于纖維承受拉伸載荷且有強粘接的斷裂表面，顯示出整個表面平滑和高的靜態(tài)強度，有缺口敏感的傾向。而有中等粘接強度的試樣，呈現(xiàn)不規(guī)則的斷面，并有纖維拔出。如果粘接很不好的界面，則斷面明顯地不規(guī)則，并有纖維拔出，斷面的另一面有孔洞。2021/10/10星期日40ppt課件3.5.3界面的破壞復(fù)合材料的破壞機理，要從增強材料、基體、及其界面在載荷作用和介質(zhì)作用下的變化來進行研究。

1.界面破壞和界面微裂紋發(fā)展過程的能量變化在復(fù)合材料中，無論是在基體、增強材料還是在界面中，均有微裂紋存在，它們在外力或其它因素作用下，都會按照自身的一定規(guī)律擴展，最終導(dǎo)致復(fù)合材料的破壞。2021/10/10星期日41ppt課件

當(dāng)微裂紋受外界因素(載荷或其它條件)作用時，其擴展的過程將是逐漸貫穿基體，最后達到纖維表面。隨著裂紋的擴展，將逐漸消耗能量。由于能量的消耗，裂紋的擴展速度將減慢，對于垂直于纖維表面的裂紋峰，還由于能量的消耗將減緩它對纖維的沖擊。假定在此過程中沒有能量的消耗，則絕大部分能量都集中在裂紋峰上，裂紋峰沖擊纖維時，就可能穿透纖維，導(dǎo)致纖維及整個復(fù)合材料的破壞，這種破壞具有脆性破壞特征。通過提高碳纖維和環(huán)氧樹脂的粘接強度，就能觀察到這種脆性破壞。另外，也可觀察到有些聚酯及環(huán)氧樹脂復(fù)合材料破壞時，不是脆性破壞，而是逐漸破壞的過程。2021/10/10星期日42ppt課件

在界面上，基體與增強材料間形成的鍵可分為兩類，一類是物理鍵，即范德華力，鍵強約為6千卡/摩爾；一類是化學(xué)鍵，鍵強約為30千卡/摩爾，能量流