【環(huán)氧板】材料熱應(yīng)力的產(chǎn)生

環(huán)氧板材料的界面相容性是指在制備、加工和使用過程中,環(huán)氧板材料各組元之間的相互配合程度。這主要包括兩大部分一物理 相容性和化學(xué)相容性。前者主要是指在應(yīng)力作用下和溫度變化時(shí)，材料性能和材料參數(shù)之間的關(guān)系。這又可以分為力學(xué)相容性和熱物理相容性。力學(xué)相容性主要是指環(huán)氧板材料基體應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性，可以將外部載荷均勻地傳遞到增強(qiáng)體上，而不會(huì)產(chǎn)生明顯的不連續(xù)現(xiàn)象。熱物理相容性則主要是指基體和增強(qiáng)體在溫度變化時(shí)相互配合的程度。本章主要介紹物理相容性的熱物理相容性問題。環(huán)氧板材料的化學(xué)相容性相對(duì)較為復(fù)雜,其中最重要的問題是基體與增強(qiáng)體的化學(xué)反應(yīng),本章也將對(duì)其進(jìn)行簡要介紹。

一般而言,環(huán)氧板材料的制備溫度和服役溫度都有所差別，而基體和增強(qiáng)體的熱膨脹系數(shù)也會(huì)有所不同。因此,環(huán)氧板材料在服役時(shí)便會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，這將對(duì)環(huán)氧板材料性能產(chǎn)生一定的

無論環(huán)氧板材料界面是以何種方式結(jié)合的,環(huán)氧板材料總是在一定溫度下制備的，而在該溫度下，環(huán)氧板材料各組元是熱膨脹匹配的。然而,環(huán)氧板材料-般在高于或低于制備溫度下服役。纖維和基體便會(huì)因熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生熱失配,進(jìn)而產(chǎn)生界面熱應(yīng)力。界面熱應(yīng)力又分為徑向熱應(yīng)力、軸向熱應(yīng)力和環(huán)向熱應(yīng)力。其中，徑向熱應(yīng)力是由纖維徑向與基體熱失配引起的，軸向熱應(yīng)力是由纖維軸向與基體熱失配引起的,環(huán)向熱應(yīng)力則是由纖維環(huán)向與基體熱失配產(chǎn)生的。軸向熱應(yīng)力較大時(shí)可能造成基體屈服或開裂，徑向熱應(yīng)力和環(huán)向熱應(yīng)力則可能使界面脫黏。圖8-1所示為由于熱應(yīng)力導(dǎo)致的界面脫黏和基體開裂的微觀形貌。下面主要介紹軸向熱應(yīng)力。

師物一般而言，高模量、高強(qiáng)度纖維的熱膨脹系數(shù)小于基體的熱膨脹系數(shù)。簡單示意了纖維徑向熱應(yīng)力產(chǎn)生的過程。圖8-2(a)所示為制備溫度下，基體和纖維的熱匹配狀態(tài)。當(dāng)環(huán)氧板材料服役溫度低于其制備溫度時(shí)，基體收縮程度大于纖維軸向收縮程度，如圖8-2(b)所示。此時(shí),纖維受壓應(yīng)力,基體受拉應(yīng)力。而當(dāng)環(huán)氧板材料服役溫度高于其制備溫度時(shí),基體擴(kuò)張程度則會(huì)小于纖維軸向伸長程度，如圖8- 2(c)所示。此時(shí)，纖維受拉應(yīng)力，基體受壓

熱應(yīng)力對(duì)復(fù)臺(tái)材科任能的影啊對(duì)于大多數(shù)的聚合物基環(huán)氧板材料.纖維模量遠(yuǎn)大于基體模址，熱膨脹系數(shù)又較小，基體在固化時(shí)又會(huì)產(chǎn)生較大收縮。因此，纖維一般受壓應(yīng)力 ,基體受拉應(yīng)力。這將降低環(huán)氧板材料的壓縮性能和斷裂韌性，熱應(yīng)力嚴(yán)重時(shí)還可能使環(huán)氧板材料產(chǎn)生翹曲變形，甚至纖維斷裂。

對(duì)于金屬基環(huán)氧板材料，若纖維的熱膨脹系數(shù)小于基體的熱膨脹系數(shù)，則環(huán)氧板材料從制備溫度降至室溫時(shí),纖維將受壓應(yīng)力，基體受拉應(yīng)力。這將降低環(huán)氧板材料的屈服強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性等。纖維受壓應(yīng)力時(shí)往往不能同時(shí)有效承載，導(dǎo)致環(huán)氧板材料的實(shí)際強(qiáng)度低于按混合法則計(jì)算的理論強(qiáng)度。

對(duì)于陶瓷基環(huán)氧板材料,理想的狀況也是承載之前增強(qiáng)體受拉應(yīng)力，基體受壓應(yīng)力，以提高基體的開裂應(yīng)力。但纖維的熱膨脹系數(shù)可能比基體的小或與基體接近，且陶瓷基環(huán)氧板材料使用溫度一般較高，從而造成在某一區(qū)間內(nèi)熱物理相容而另一溫度區(qū) 間熱物理不相容。而基體的斷想韌性又較低，因而增強(qiáng)體軸向的熱失配可能導(dǎo)致基體產(chǎn)生裂紋并損傷增強(qiáng)體、這可能特病，陶瓷基環(huán)氧板材料的某些性能在高溫下反面優(yōu)于在低溫下的性能.例如，對(duì)于CrSiC環(huán)氧板材料、眼纖維的軸向熱膨脹系數(shù)為01410~1.7x10~/0，10在面下久化，大于開雄的獨(dú)即聯(lián)系教。該環(huán)氧板材料的精溫約為A00心，在低溫下熱失配更嚴(yán)重。甚至基體產(chǎn)生裂紋，，由于環(huán)境中的氧可通過該裂紋進(jìn)入環(huán)氧板材料內(nèi)部，氧化環(huán)氧板材料內(nèi)I部的碳相，造成C/siC環(huán)氧板材料在低溫下的抗氧化性能較差。圖8-4所示為溫度對(duì)! C/SiC環(huán)氧板材料在空氣氣中失重的影響?？梢钥闯?，該材料在600 Th重最為嚴(yán)重，，抗氧化性最差。