风电叶片基础知识之复合材料篇一.ppt

混杂复合材料的混杂类型 6-1-3???? 复合材料的界面(interface of composites) 基本概念和界面现象 基本概念：相、界面、表面、界面相（层）、表面张力、界面能 接触角、粘附功 界面现象：① 表面吸附作用与浸润 ② 扩散与粘结（含界面互穿网络结构） ③ 界面上分子间相互作用力（范氏力和化学键合力） 2. 复合材料的界面形成过程(formation of the interface of composites)： PMC、MMC、CMC、C/C等复合材料体系对界面要求各不相同， 它们的成型加工方法与工艺差别很大，各有特点，使复合材料界面 形成过程十分复杂，理论上可分为三个阶段。 （1）第一阶段：增强体表面预处理或改性阶段。 i) 界面设计与控制的重要手段 ii) 改性层成为最终界面层的重要组成部分 iii) 为第二阶段作准备 （2）第二阶段：增强体与基体在一组份为液态（或粘流态）时的 接触与浸润过程 i)??接触—吸附与浸润—交互扩散—化学结合或物理 结合—。化学结合可 看作是一种特殊的浸润过程 ii) 界面形成与发展的关键阶段 （3）第三阶段：液态（或粘流态）组分的固化过程，即凝固或化 学反应 i) 界面的固定（亚稳态、非平衡态） ii) 界面的稳定（稳态、平衡态） 在复合材料界面形成过程中涉及： i) 界面间的相互置换：如，润湿过程是一个固-液界 面置换固-气表面的过程 i i)??界面间的相互转化：如，固化过程是固-液界面 向固-固界面转化的过程 后处理过程：固-固界面自身完善与平衡的过程 3. 复合材料界面结构与性能特点(structure and property characters of the interlayer)： i) 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 ii )?具有一定厚度的界面相（层），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 iii)?界面的比表面积或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：复合材料复合效应 产生的根源 iv)?界面缺陷形式多样（包括残余应力）(residual stress)，对复合材料 性能影响十分敏感 PMC界面区域(interface zone of PMC)示意图 1-外力场； 2-树脂基体； 3-基体表面区； 4-相互渗透区； 5-增强剂表面区；6-增强剂 4. 界面上力的传递与残余应力(force transference of interface and residual stress) ? 有一定结合强度的界面（层），可在基体与增强体之间进行 a.?? 力的转递 b.?? 力的分配 c. 基体或增强体破坏过程中的应力再分配 →组合力学性能 在复合材料未受外力时，界面上仍存在应力或应力分布，这就是“残余应力”。 残余应力来源： ①? 增强相与基体相CTE不匹配 ②? 相与相之间的弹性系数不匹配，相内的应力分布不均 ③ 成型过程中，由高温-室温由化学和物理变化引起的各组元体积 收缩的不同，如：基体固化、聚集态转变、晶相转变等 ④ 层合板中，铺层方向不同带来的层间残余应力（层合板的翘曲） ⑤ 流变过程中，组元间的塑性变形差异→流变残余应力 ? 5. 复合材料界面破坏机制(interface fail