复合材料界面(高级教育)

行业学习
11
状态方程
以一系列已知得测试液测定其对纤维表 面的接触角，按上式可求出相应的 ，已 对 作图，可得曲线 ，该曲线上得最大 值即为固体的表面张力。
行业学习
12
二、增强纤维表面形貌分析表征
纤维表面处理额目的是为了增ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ表面的结合性 能；
表面处理：物理方法、化学方法处理表面都会 产生形貌变化。
行业学习
17
碳纤维接枝
行业学习
18
3、复合材料界面状态
纤维拔出状态
行业学习
19
图 高模量碳纤维复合材料 拉伸破坏断口侧壁SEM照片
图 高模量碳纤维复合材料 拉伸破坏的断口SEM图片
图中深色部分为纤维拔
出后留下的空洞
行业学习
20
碳纤维水泥状态
行业学习
21
玻璃纤维热塑性复合材料
行业学习
22
复合材料界面SEM图
28
5、原子发射光谱研究
行业学习
29
6、化学分析和热分析
热失重 -COOH在500－800℃分解成CO2,R-OH在900－1000℃ 分解生成CO，由热失重测定CO2 、CO量，可以求出表 面-COOH和－OH
化学分析方法 碳纤维表面的羟基与羧基还可以通过化学检测来定量 测试
行业学习
30
四、复合材料界面力学性能表征
行业学习
23
碳/碳复合材料透射电镜
行业学习
24
三、增强纤维表面化学分析表征
1、XPS
X射线光电子能谱是测量材料表面化学组成的有 效工具，可以定性测量元素存在，可以根据谱线 强弱测定元素含量。以及官能团含量。
行业学习
25
2、红外光谱
行业学习
26
3、紫外光谱研究
行业学习
27
4、核磁共振法
行业学习
界面残余应力 单丝拔脱实验法 临界纤维长度实验法 界面粘结能测试 层间剪切强度 动态力学分析 微量冲击分析
行业学习
31
1、界面残余应力
消除残余压力可以通过引入 膨胀单体，提高综合性能， 可用冲击韧性来表示。
行业学习
32
2、单丝拔脱实验法
单丝拨脱试验是将增强纤维单丝垂直埋人基体之中，然后将 单丝从基体中拔出、测定纤维拔脱的应力，从而求出纤维与 基体间的界面剪切强度。显然，拔出力随埋人深度而增大, 达到临界长度Lc时，拔出纤维所需的应力等于纤维的拉伸强 度。
残片平均长度L，临界纤维长度Lc与平均长度L的关系为：
临界剪切强度为：
行业学习
35
5、界面粘接能测试法
在试样中埋人纤维单丝，试样尺寸 30mm×10mm×10mm，试样中间开一直径1.5MM 小孔，使小孔穿过纤维。对试样施加压应力，由于纤 维与基体压缩模量不同，界面产生剪应力，载荷足够 大时，纤维在小孔端点脱粘，此时粘结能G为：
行业学习
5
互不相溶液体界面张力与接触角 用铂金作纤维，则液体完全润湿纤
维，有
ΔP＝2лr σl1/L2 测定ΔP可求出界面张力σl1/L2.
其他增强纤维与界面间存在接触角，
θ l1/L2.
ΔP＝2лr cosθ σl1/L2
θ 根据以上方法测定的σl1/L2.，可求出
l1/L2.
。
行业学习
6
毛细浸润法
表面处理效果以及形貌变化主要通过电镜表征： 透射电子显微镜 TEM 扫描隧道显微镜 STM 分析电子显微镜 AFM 扫描电子显微镜 SEM
行业学习
13
1、纤维表面处理形态表征
低温等离子处理
行业学习
14
热处理
行业学习
15
电晕和低温等离行子业学处习 理植物纤维
16
2、纤维表面接枝聚合物形态
碳纤维接枝聚苯乙烯
行业学习
8
几何平均法
用两种已知表面张力σL及其分量σL d σLp
分别测定其对纤维的接触角，则由几何平均法的 联解方程，求出σs及其分量σsd σsp
行业学习
9
调和平均法
根据以上条件，可用调和评价法求出纤维 表面张力及其分量。
行业学习
10
临界表面张力
用一系列已知表面张力的同系 液体，测定其对纤维表面的接 触角θ，以cos θ对σLv进行 Zisman作图，得一条直线，由 此直线与cos θ＝1交点的横坐 标，求得纤维得临界表面张力 σc
面，在放大机下读液面上升最大高度hmax弯月，则可
求出接触角：
cos
r ( hmax 0.809) er
1 sin
式中, / g ，σl为液体表面张力，ρ为密度， r为纤维半径
行业学习
4
单丝浸润力法
用电子天平测试纤维脱 离液面瞬间表面张力变 化ΔP， ΔP＝2лr σl cosθ 可求出接触角θ
纤维的表面处理，表面物理化学变化都会使其 表面浸润性能发生改变。
纤维的表面浸润性主要通过接触角和表面能来 表征。
行业学习
3
1、纤维对液体接触角测定
单丝浸润法
将纤维单丝用胶带粘在试样夹头上，然后悬挂在试样
架上，纤维下端挂一重吹，使纤维与液面接触，由于
表面张力作用，与纤维接触部分液面会上升，呈弯月
行业学习
36
6、层间剪切强度
➢ 压剪法 可参见GB1450.1—83，对试 样施加均匀连续的剪应力，直至破坏。 层间剪切强度可按下式计算：
行业学习
37
短梁弯曲法
参见GB3357—82 ASTM D2544—84装置示 意如图,连续加载至试样破坏，记录最大载荷 值及试样破坏形式。层间剪切强度按下式 计 算：
行业学习
1
复合材料界面与设计
秦岩 2009年11月
复合材料界面分析表征 提纲
界面浸润性分析 增强材料表面形貌分析表征 增强材料表面化学表征 界面力学性能分析表征
行业学习
2
一、界面浸润性分析
界面浸润性理论认为，浸润是形成复合材料界 面基本条件之一，完全浸润则界面的结合强度 超过基体的内聚能。
液体树脂对纤维的浸润好坏直接关系两相的结 合界面。
在塑料管中填充一束纤维，填充率ξ＝0.47-0.53,使纤维束 与液面接触，因毛细现象，液体沿纤维孔隙上升，用电子天 平测出增加质量m随时间t变化，通过流体力学分析可求出接
触角θ。
行业学习
7
2、增强纤维的表面张力
Good-Girfalco 理论 用一种已知表面张力液体测定对纤维的接 触角，可以按公式求出纤维的表面张力， 但必须知道纤维对液体相互作用参数Φ
行业学习
33
3、顶出法
单丝拔脱试验的离散度大，要做大量的试验，找到临界长度， 基体对纤维浸润时会沿纤维上爬，影响精 度。作为改进，又 发展了顶出法。
，
玻纤单丝从PP基体中的拔出剪切强度测试
行业学习
34
4、临界纤维长度试验法
将单丝纤维埋人基体制成哑铃状试样，拉伸使纤维断裂成一段 段的残片，测量残片长度，可得到残片的长度分布图，统计出